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Examens nationaux

Baccalauréat · Série C · Physique-Chimie — 2023

BAC C — Physique-Chimie — Sujet type n° 2

  • Série C
  • ⏱ 4 h
  • Coefficient 5
  • Niveau difficile
  • 12 questions

Consignes

  • L'épreuve comporte trois exercices indépendants.
  • L'usage de la calculatrice non programmable est autorisé.
  • Toute réponse numérique doit être accompagnée de son unité.
  • On prendra log⁡4≈0,60\log 4 \approx 0{,}60 et π≈3,1416\pi \approx 3{,}1416.

Exercice 1 — Chimie : acide faible et solution tampon

On dispose d'une solution d'acide éthanoïque de concentration C=1,0×10−2 mol⋅L−1C = 1{,}0 \times 10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Le couple \ceCH3COOH/\ceCH3COO−\ce{CH3COOH}/\ce{CH3COO^-} a pour pKa=4,8\mathrm{p}K_a = 4{,}8.

1.
Écrire l'équation de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau.
1,5 pts
2.
Le taux d'avancement final de cette réaction vaut τ=4,0 %\tau = 4{,}0\,\%. Calculer le pH de la solution.
2 pts
3.
Définir une solution tampon et indiquer comment en préparer une à partir du couple étudié.
2 pts
4.
On mélange des quantités égales d'acide éthanoïque et d'éthanoate de sodium. Déterminer le pH du mélange obtenu, en justifiant.
1,5 pts

Exercice 2 — Force de Laplace

Une tige conductrice rectiligne de longueur L=20 cmL = 20\ \mathrm{cm}, parcourue par un courant d'intensité I=5,0 AI = 5{,}0\ \mathrm{A}, est placée dans un champ magnétique uniforme de valeur B=0,40 TB = 0{,}40\ \mathrm{T}.

BIFtige conductrice
1.
La tige étant perpendiculaire aux lignes de champ, calculer la valeur de la force de Laplace qui s'exerce sur elle.
2 pts
2.
Préciser la direction et le sens de cette force, et énoncer la règle qui permet de les déterminer.
1,5 pts
3.
On incline la tige de façon qu'elle fasse un angle α=30∘\alpha = 30^\circ avec les lignes de champ. Calculer la nouvelle valeur de la force.
2 pts
4.
Expliquer comment la force de Laplace permet le fonctionnement d'un moteur électrique.
1,5 pts

Exercice 3 — Oscillations électriques libres

Un condensateur de capacité C=5,0 μFC = 5{,}0\ \mathrm{\mu F}, préalablement chargé, est brusquement relié à une bobine d'inductance L=0,20 HL = 0{,}20\ \mathrm{H} et de résistance négligeable. La charge maximale du condensateur vaut Qmax⁡=2,0×10−4 CQ_{\max} = 2{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{C}.

1.
Calculer la période propre des oscillations, exprimée en millisecondes.
2 pts
2.
En déduire la fréquence propre du circuit.
1,5 pts
3.
Calculer l'énergie totale emmagasinée dans le circuit, exprimée en millijoules.
1,5 pts
4.
Décrire les échanges d'énergie qui se produisent au cours d'une période.
1 pt

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