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Examens nationaux

Baccalauréat · Série D · Physique-Chimie — 2018

BAC D — Physique-Chimie — Sujet type n° 7

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

Consignes

  • Le candidat traitera les quatre exercices.
  • Données : g=9,8 m⋅s−2g = 9{,}8\ \mathrm{m\cdot s^{-2}} ; e=1,6×10−19 Ce = 1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C} ; me=9,1×10−31 kgm_e = 9{,}1 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg} ; NA=6,02×1023 mol−1N_A = 6{,}02 \times 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}.
  • Toute formule doit être écrite littéralement avant l'application numérique.

Exercice 1 — Chimie : acides carboxyliques et estérification

On fait réagir de l'acide éthanoïque \ceCH3−COOH\ce{CH3-COOH} avec du propan-1-ol \ceCH3−CH2−CH2−OH\ce{CH3-CH2-CH2-OH} en présence de quelques gouttes d'acide sulfurique concentré, à chaud.

1.
Écrire l'équation de la réaction et nommer le produit organique obtenu.
1,5 pts
2.
Citer trois caractéristiques de cette réaction. Quel est le rôle de l'acide sulfurique ?
2 pts
3.
On mélange 0,50 mol0{,}50\ \mathrm{mol} d'acide et 0,50 mol0{,}50\ \mathrm{mol} d'alcool. À l'équilibre, il reste 0,17 mol0{,}17\ \mathrm{mol} d'acide. Calculer le rendement de l'estérification.
1,5 pts

Exercice 2 — Mécanique : mouvement circulaire uniforme

Un mobile de masse m=0,20 kgm = 0{,}20\ \mathrm{kg} décrit un cercle horizontal de rayon R=0,50 mR = 0{,}50\ \mathrm{m} à la vitesse constante de 4,0 m⋅s−14{,}0\ \mathrm{m\cdot s^{-1}}, retenu par un fil.

1.
Calculer la période et la fréquence du mouvement.
1,5 pts
2.
Calculer l'accélération du mobile et préciser sa direction et son sens.
2 pts
3.
Calculer la tension du fil. Le mouvement étant uniforme, pourquoi une force est-elle nécessaire ?
1,5 pts

Exercice 3 — Électricité : mouvement d'une particule chargée

Des électrons, initialement au repos, sont accélérés entre deux plaques soumises à une tension U=500 VU = 500\ \mathrm{V}, puis pénètrent dans une région de champ électrique uniforme.

1.
Calculer l'énergie cinétique acquise par un électron, en joules puis en électronvolts.
1,5 pts
2.
En déduire la vitesse de l'électron à la sortie du système accélérateur.
2 pts
3.
Cette vitesse représente-t-elle une fraction importante de celle de la lumière ? Commenter.
1,5 pts

Exercice 4 — Oscillations mécaniques

Un solide de masse m=200 gm = 200\ \mathrm{g} est accroché à un ressort de raideur k=20 N⋅m−1k = 20\ \mathrm{N\cdot m^{-1}} et oscille horizontalement sans frottement. On l'écarte de 5,0 cm5{,}0\ \mathrm{cm} de sa position d'équilibre et on le lâche sans vitesse initiale.

1.
Calculer la période propre des oscillations.
1,5 pts
2.
Écrire l'équation horaire du mouvement x(t)x(t).
1,5 pts
3.
Calculer l'énergie mécanique du système et la vitesse maximale du solide.
2 pts

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