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Examens nationaux

Baccalauréat · Série C · Physique-Chimie — 2021

BAC C — Physique-Chimie — Sujet type n° 4

  • Série C
  • ⏱ 3 h
  • Coefficient 4
  • Niveau difficile
  • 9 questions

Consignes

  • Le candidat traitera les deux parties.
  • Toute application numérique doit être précédée de l'expression littérale.
  • Les unités et les chiffres significatifs sont pris en compte.

Chimie — Oxydoréduction et piles

On réalise une pile Daniell en associant une lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc et une lame de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre \ceII\ce{II}, les deux compartiments étant reliés par un pont salin.

Données

Potentiels standard : E∘(\ceCu2+/\ceCu)=+0,34 VE^{\circ}(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}) = +0{,}34\ \mathrm{V} ; E∘(\ceZn2+/\ceZn)=−0,76 VE^{\circ}(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}) = -0{,}76\ \mathrm{V}. Constante de Faraday F=96 500 C/molF = 96\,500\ \mathrm{C/mol}. Masse molaire M(\ceZn)=65,4 g/molM(\ce{Zn}) = 65{,}4\ \mathrm{g/mol}.

1.
Écrire les demi-équations aux électrodes et l'équation-bilan de fonctionnement de la pile.
2 pts
2.
Préciser la polarité des électrodes, le sens de circulation des électrons dans le circuit extérieur et celui du courant. Quel est le rôle du pont salin ?
2 pts
3.
Calculer la force électromotrice standard de cette pile.
2 pts
4.
La pile débite un courant d'intensité I=100 mAI = 100\ \mathrm{mA} pendant 55 heures. Calculer la masse de zinc consommée.
2,5 pts
5.
La lame de zinc a une masse initiale de 6,54 g6{,}54\ \mathrm{g}. Calculer la durée de vie de la pile, en heures, dans les mêmes conditions de fonctionnement.
1,5 pts

Physique — Particule chargée dans un champ magnétique

Dans un spectromètre de masse, des ions magnésium \ce24Mg2+\ce{^{24}Mg^{2+}}, émis sans vitesse initiale, sont accélérés sous une tension U=1 000 VU = 1\,000\ \mathrm{V}, puis pénètrent en OO dans une région où règne un champ magnétique uniforme B⃗\vec{B}, de valeur B=0,10 TB = 0{,}10\ \mathrm{T}, perpendiculaire au vecteur vitesse.

Données

Charge élémentaire e=1,6×10−19 Ce = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} ; unité de masse atomique 1 u=1,66×10−27 kg1\ \mathrm{u} = 1{,}66 \times 10^{-27}\ \mathrm{kg}. On négligera le poids des ions.

1.
Calculer la vitesse vv des ions à leur entrée dans le champ magnétique.
2,5 pts
2.
Donner les caractéristiques de la force de Lorentz et montrer que le mouvement des ions dans le champ magnétique est circulaire uniforme.
2,5 pts
3.
Établir l'expression du rayon RR de la trajectoire et calculer sa valeur.
3 pts
4.
Le faisceau contient aussi des ions \ce26Mg2+\ce{^{26}Mg^{2+}}. Calculer la distance séparant les deux points d'impact sur le détecteur, situé dans le plan contenant OO.
2 pts

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