Exercices des sciences physiques, Notes de Chimie Physique

Télécharge Exercices des sciences physiques et plus Notes au format PDF de Chimie Physique sur Docsity uniquement! LYCEE SAINT CHARLES 2 rue G.Anthonioz De Gaulle 91200 ATHIS MONS TRAVAUX DE REVISION DESTINES AUX ELEVES DE SECONDE EN VUE DE LA PREMIERE S SCIENCES PHYSIQUES Ces devoirs ont un caractère obligatoire, ils devront être faits avec sérieux. Ils ne seront pas forcément tous corrigés par les professeurs : ils ont pour objectif de fixer le minimum requis pour démarrer l’année de première S avec les compétences nécessaires. Un ou deux de ces exercices sont systématiquement retenus pour le sujet du premier DST en septembre. Rappelons que la classe de première S est une année scolaire au rythme soutenu (programme chargé) au cours de laquelle les capacités de travail personnel (en quantité, qualité et régularité) de l’élève seront jaugées. Le niveau des exigences visé a pour but de préparer les élèves à la poursuite d’études supérieures. Bon courage et bonnes vacances PARTIE CHIMIE Exercice 1 : Synthèse du paracétamol Le paracétamol est un médicament qui se rapproche de l'aspirine par ses propriétés analgésique et antipyrétique. Il est dépourvu d'actions anti-inflammatoires, mais ne présente pas les contre-indications de l'aspirine. On l'obtient par réaction entre le paraaminophénol et l'anhydride éthanoïque en milieu aqueux. Protocole de la synthèse du paracétamol - Dans un ballon, introduire m1 = 10,0 g de paraaminophénol et ajouter quelques grains de pierre ponce. Sous vive agitation, introduire 30 mL d'eau puis, lentement, un volume V2 = 12,0 mL d'anhydride éthanoïque. Munir le ballon d'un réfrigérant.  Porter l'ensemble à reflux pendant environ 20 min.  Refroidir puis transvaser dans un bécher.  Refroidir alors dans un bain de glace : le paracétamol cristallise.  Filtrer sur büchner et laver à l'eau glacée.  Essorer et sécher sur papier filtre.  Placer le produit humide obtenu à l'étuve à 80 °C. On obtient alors une masse de produit sec: m = 13,2 g. Données physico-chimiques Espèce Tfusion Solubilité dans 100 mL d'eau Paraaminophénol 187 °C 1,1 g à 0 °C; 8,5 g à 100 °C Paracétamol 170 O C 1 g à 0° I C ; 25g à100°C 1. Décrire les deux premières étapes de cette synthèse. 2. À partir des données physico-chimiques: a. Préciser l'état physique du paraaminophénol avant d'être versé dans le ballon b. Justifier l'apparition du précipité de paracétamol lors du refroidissement dans le bain de glace. 3. Le rendement de cette synthèse serait égal à 100 % si la masse de paracétamol était de 13,8 g. Quel est alors le rendement de la synthèse? Exercice 2 : Vitamine D La vitamine D est synthétisée dans l'organisme humain à partir d'un dérivé du cholestérol sous l'action de rayonnements UV. Pour prévenir une éventuelle carence, due à l'exposition insuffisante au soleil, les médecins prescrivent une solution buvable d'ergocalciférol (ou vitamine D2). Sur le flacon figure l'indication : « 1 500 UI/mL ». Les UI (Unités Internationales) sont d'anciennes unités encore utilisées dans le cas des vitamines. La notice précise : 1 UI = 0,025 µg de vitamine D. La seringue fournie par le fabricant permet de délivrer plusieurs doses: la « dose n° 1 » contient un volume V = 0,67 mL de solution. a. Calculer la concentration massique cm de la solution pharmaceutique en ergocalciférol. b. Quelle masse m de substance active est contenue dans la « dose n° 1 »? Exercice 3 : Solution hydroalcoolique Les solutions hydroalcooliques permettent de lutter contre les bactéries, les champignons et les virus, et sont employées afin d'assurer l'hygiène des mains lors des soins médicaux. Leur usage se généralise dans la vie quotidienne. Sur le flacon d'une telle solution, on peut lire  éthanol (C2H60): 52,4 % ;  propan-1-ol (C3H80): 21,0 %. Cela signifie que, pour préparer un volume V = 100 mL de solution, on dissout un volume d'éthanol Vet = 52,4 mL et un volume de propan-1 -ol Vpr = 21,0 mL dans la quantité nécessaire d'eau. a. Calculer la masse d'éthanol met et celle de propan-1-ol mpr qui doivent être dissoutes pour préparer un volume V=100 mL de solution. b. En déduire les concentrations massiques cm,et en éthanol et cm,pr en propan-1-ol dans cette solution. Exercice 3 : Tai l le d'un atome 1- On considère un cube de cuivre de 1 mm de côté (de la taille d'une tête d'épingle environ). On fait l 'hypothèse que, dans le cuivre, les atomes sont empilés régulièrement, comme le montre le schéma ci-dessus. Donnée: l'atome de cuivre a un diamètre de 0,25 nm. a. Calculer le nombre d'atomes contenus dans le cube. b. En déduire la longueur de la file obtenue en plaçant ces atomes bout à bout. 2. Une plage de sable fin a une longueur de 500 m et une largeur de 200 m. On suppose que l'épaisseur de sable est de l'ordre de 10 m. a. Calculer l'ordre de grandeur du nombre de grains de sable de la plage sachant qu'on dénombre 100 grains par mm 3 . b. Comparer au nombre d'atomes de cuivre contenus dans le cube de la question. Que vous inspire cette comparaison ? Exercice 4 : dispersion par un prisme Un rayon de lumière blanche arrive orthogonalement sur une face d'un prisme en verre, d'angle au sommet A = 35° comme l'indique le schéma. Il passe de l'air dans le verre. Les indices du prisme sont : nrouge = 1,62 et nbleu = 1,65. a. Pourquoi le rayon n'est-il pas dévié au passage air-verre au point Il ? b. Montrer que l'angle d'incidence lors du passage verre-air vaut 35°. c. Déterminer les valeurs de l'angle de réfraction pour les lumières bleue et rouge. d.. De la lumière rouge ou de la bleue, laquelle est la plus déviée? Exercice 5 : Satellite artificiel Le satellite météorologique METOP-A, lancé en 2006 depuis la base de Baïkonour, est le premier satellite européen placé en orbite « polaire », ce qui signifie que sa trajectoire passe pratiquement au-dessus des pôles géographiques. Ce satellite d'observation de la Terre recueille notamment des informations sur l'atmosphère terrestre, afin d'améliorer les prévisions météorologiques. La masse m de METOP-A est de 4,1 tonnes, et son orbite dans le référentiel géocentrique est pratiquement circulaire à une altitude h au-dessus de la surface de la Terre égale à 8,2 x 10 2 km. Ce satellite a une période de révolution de 101 minutes. 1- Calculer la valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur le satellite. 2- Quelle est la valeur de la force gravitationnelle exercée par le satellite sur la Terre? 3- Préciser les caractéristiques de ces forces, puis les représenter sur un schéma. 4- Calculer la vitesse moyenne du satellite dans le référentiel géocentrique. Données : G = 6,67 x 10- 11 N. m 2 . kg- 2 ; MT = 5,97 x 10 24 kg ; RT = 6,38 x 10 6 m. Exercice 6 : Parachutiste Une parachutiste saute depuis un hélicoptère en vol stationnaire à 2000 m d'altitude. Elle commence par se laisser tomber verticalement sans ouvrir son parachute. Sa vitesse augmente rapidement jusqu'à atteindre 30,0 m -s-1. Elle ouvre alors son parachute et, en quelques instants, sa vitesse passe de 30,0 m.s-1 à 5,0 m.s-1, puis se stabilise. Elle descend alors avec un mouvement rectiligne uniforme jusqu'au sol. 1- En utilisant le texte, indiquer quelles sont les différentes phases du saut. 2- Dresser l'inventaire des forces qui s'exercent sur l'ensemble « parachutiste + parachute » une fois le parachute ouvert. 3- Pour les deux dernières phases du saut, préciser si les forces se compensent ou non. 4- Dans le cas où elles se compensent, représenter les forces sur un schéma, sans souci d'échelle. 5- Lorsque la vitesse se stabilise, la parachutiste est à 400 m du sol. Calculer la durée de la dernière phase du saut. Exercice 7 : Plongée et règles de sécurité Dans les manuels de plongée, on peut lire: « la pression de l'eau augmente de 1 bar tous les 10 m ». 1- Cette indication est-elle correcte pour une plongée en mer? 2- À 30 m de profondeur, des bulles d'air expiré remontent vers la surface. Elles ont un diamètre d 1 = 1,0 cm au départ du détendeur. Quel sera leur diamètre d2 à l'arrivée en surface? On supposera que la température reste constante jusqu'à cette profondeur. 3- Lors de la remontée, comment varie la pression en diazote dans l'air que le plongeur respire? Que se passe-t-il alors pour le diazote dissous dans son sang et ses tissus? Quels sont les risques d'une remontée rapide ? Données : Masse volumique de l'eau de mer:  = 1,025 x 103 kg . m -3 g = 9,8 N . kg -1 . Pression atmosphérique: Patm = 1,0 bar. Volume d'une sphère de rayon R: V = 3 4  r 3 Exercice 8 :