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8 1 املركز الوطين للتقويم واالمتحانات والتوجيه االمتحان الوطني الموحد للبكالوري

8 1 املركز الوطين للتقويم واالمتحانات والتوجيه االمتحان الوطني الموحد للبكالوريا ا لدورة اال تستدراية 2015 - الموضوع - RS 31 الفيزياء والكيمياء شعبة ال علوم الرياضية(أ ) و(ب( )الرتمجة الفرنسية) املادة الشعبة أو املسلك مدة اإلجناز املعامل 4 7 ا لصفحة P a g e 8 L’usage de la calculatrice scientifique non programmable est autorisé. Le sujet comporte 4 exercices : un exercice de chimie et trois exercices de physique. Chimie :(7 points) -Etude d’une solution aqueuse d’acide éthanoïque et synthèse d’un ester. - Synthèse industrielle du gaz dichlore. Physique :(13 points)  Les ondes (2,25 points) : - Les ondes lumineuses.  L’électricité (5,25 points) - Etude du dipôle RC et du circuit idéal LC - Les oscillations forcées dans un circuit RLC série.  La mécanique : (5,5 points) - Mouvement d’une balle de tennis dans le champ de pesanteur uniforme. - Etude du mouvement d’un pendule pesant. 8 2 5102 - - RS 3 1 الصفحة 8 Chimie :(7 points) Les parties I et II sont indépendantes Partie I: Etude d’une solution d’acide éthanoïque et synthèse d’un ester La menthe poivrée est une plante dont les bienfaits sont nombreux et connus depuis des siècles. Son huile essentielle contient un ester (l’éthanoate de menthyle) que l’on peut synthétiser au laboratoire à partir de l’acide éthanoïque 3 CH COOH et du menthol de formule brute 10 20 C H O. 1-Etude d’une solution aqueuse d’acide éthanoïque On dispose d’une solution aqueuse A (S ) d’acide éthanoïque de concentration molaire 2 1 A C 10 mol.L    . La mesure de la conductivité de la solution A (S ) donne la valeur 2 1 1,6.10 S.m    . Données : - Toutes les mesures sont effectuées à ° 25 C . - L’expression de la conductivité d’une solution aqueuse est   i X i i . X    ; où   i X est la concentration molaire effective de l’espèce ionique i X dissoute et i X  sa conductivité molaire ionique. - 3 2 2 1 H O 3,49.10 S.m .mol      - 3 3 2 1 CH COO 4,09.10 S.m .mol      - On néglige l’influence des ions HO sur la conductivité de la solution. 1-1-Ecrire l’équation modélisant la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau. 1-2- Montrer que la valeur du pH de la solution A (S ) est pH 3,4. 1-3-Calculer le taux d’avancement final de la réaction. 1-4- Trouver l’expression de A pK du couple 3 3 CH COOH / CH COO en fonction du pH de la solution A (S ) et de A C . Calculer sa valeur. 2- Synthèse d’un ester On introduit dans un erlenmeyer, maintenu dans la glace, 1 n 0,2mol  d’acide éthanoïque et 2 n 0,2mol  de menthol et quelques gouttes d'acide sulfurique concentré. Le mélange ainsi obtenu a un volume V 46mL  . On répartit à volumes égaux le mélange dans des tubes à essais, qu’on scelle hermétiquement.On plonge simultanément les tubes dans un bain marie à la température et on déclenche le chronomètre. A intervalles de temps réguliers, on ressort un tube à essai du bain marie et on le place dans de l’eau glacée puis on dose l’acide restant par une solution d’hydroxyde de sodium (aq) (aq) Na HO    . Les résultats obtenus permettent de tracer la courbe d'évolution de la quantité de matière de l’acide éthanoïque restant dans l’erlenmeyer en fonction du temps : r n f(t)  .la droite (T) représente la tangente à la courbe à t 0  .(figure page 3/8) . 2-1-Quel est le rôle de l’acide sulfurique et de l’eau glacée dans cette réaction ? 2-2-Ecrire l’équation chimique modélisant la réaction de l’acide éthanoïque restant avec la solution d’hydroxyde de sodium. 2-3-Choisir la réponse juste parmi les propositions suivantes : a- L’élévation de la température conduit à l’augmentation du rendement de la réaction d’estérification. b-Sous une température donnée, la vitesse volumique de la réaction d’estérification diminue avec le temps. c- La constante d’équilibre dépend de la composition initiale du mélange réactionnel. d- L’estérification est une réaction rapide et totale. 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,25 0,25 8 3 5102 - - RS 3 1 الصفحة 8 2-4- Ecrire l’équation chimique modélisant la réaction d’estérification (On symbolise le menthol par R OH  ). 2-5 –Déterminer en 1 1 mol.L .min   la valeur de la vitesse volumique de la réaction à l’instant t=0 . 2-6- Déterminer la valeur de 1/2 t le temps de demi- réaction. 2-7- Calculer le rendement de la réaction d’estérification. 2-8- On refait l’expérience précédente, dans les mêmes conditions expérimentales, en utilisant un mélange contenant ac n 0,3mol  d’acide éthanoïque et al n 0,2mol  de menthol. Déterminer, à l’équilibre, les quantités de matière de l’ester formé et de l’acide éthanoïque restant dans le mélange. Partie II: Synthèse industrielle du dichlore gazeux Le gaz dichlore est utilisé dans la synthèse de plusieurs substances chimiques. On peut le synthétiser industriellement par électrolyse d’une solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium (aq) (aq) Na Cl    en utilisant deux électrodes spéciales. Données : - Le volume molaire : 1 V 24L.mol m   - Constante de Faraday : 4 1 1F 9,65.10 C.mol  - Les couples ox / red :Cl / Cl 2(g) (aq)  , H O / H 2 ( ) 2(g) , O / H O 2 2(g) ( ) L’équation globale modélisant cette transformation s’écrit comme suit : 2H O 2(Na Cl ) H 2(Na HO ) Cl 2 ( ) (aq) (aq) 2(g) (aq) (aq) 2(g)             1-Ecrire l’équation de la réaction qui se produit à la cathode .Expliquer comment varie le pH de la solution à proximité de cette électrode. 2- La cellule de cette électrolyse fonctionne pendant une durée t 10h  avec un courant d’intensité I 50kA  . Déterminer le volume de dichlore produit pendant cette durée. (T) 0,40 nr(mol) 0 04 t(min) 0,02 0,5 0,5 0,25 0,75 0,75 0,5 1 8 4 5102 - - RS 3 1 الصفحة 8 Physique (13 points) : Les ondes lumineuses: (2,25 points) Le but de cet exercice est d’étudier la propagation d’une onde lumineuse émise par une source laser à travers un prisme(P) en verre d’indice de réfraction n pour cette radiation. La longueur d’onde de cette radiation dans l’air est 0 . Données : - Célérité de la lumière dans l’air : 8 1 c 3.10 m.s ; - 13 1MeV 1,6.10 J   - Constante de Planck : 34 h 6,63.10 J.s   ; -Indice de réfraction du prisme n 1,61  ; - 0 633nm  1- Choisir la réponse juste parmi les propositions suivantes : a- La lumière a la même célérité dans tous les milieux transparents. b- La fréquence d’une onde lumineuse varie lorsqu’elle passe d’un milieu transparent à un autre. c- La longueur d’onde d’une onde lumineuse ne dépend pas de la nature du milieu de propagation. d- L’indice de réfraction d’un milieu transparent dépend de la longueur d’onde de la radiation monochromatique qui le traverse. e- Les ultrasons sont des ondes électromagnétiques. 2- La radiation émise par cette source laser correspond à la transition des atomes du néon d’un état d’énergie 2 E à un état d’énergie 1 E ( 2 1 E E  ) .Calculer en MeV la variation d’énergie 2 1 E E E    . 3- Un faisceau de lumière monochromatique de longueur d’onde 0  émis de la source laser est envoyé sur l’une des faces du prisme(P) (voir figure ci-dessous). 3-1- Cette radiation appartient-elle au domaine du spectre visible ? justifier. 3-2-Calculer la fréquence de cette radiation. 3-3- Déterminer pour cette radiation, la vitesse de propagation et la longueur d’ondedans le prisme. 3-4-On remplace la source laser par une source de lumière blanche. Qu’observe-t-on sur l’écran (E) après que la lumière blanche ait traversé le prisme ? Quel est le phénomène mis en évidence par cette expérience ? (E) (P) 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 8 5 5102 - - RS 3 1 الصفحة 8 Electricité (5,25 points) L’objectif de cet exercice est d’étudier la réponse d’un dipôle RC à un échelon de tension, les oscillations non amorties dans un circuit LC et les oscillations forcées dans un dipôle RLC série. I-Etude du dipôle RC et du circuit LC idéal On réalise le circuit électrique schématisé sur la figure 1.Ce circuit comporte : - Un générateur de f.e.m. E et de résistance interne négligeable ; - Une bobine (b) d’inductance 0 L et de résistance négligeable ; - Deux conducteurs ohmiques de résistance r et R 20   ; - Un condensateur de capacité C réglable, initialement déchargé ; - Un interrupteur K . 1- Etude du dipôle RC On fixe la capacité uploads/Finance/ bac-2015-sm2-of.pdf