Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

Ch. 1

Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2

Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3

Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4

Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5

Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BAC

Thème 1

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

Ch. 6

Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7

Équilibres acide-base

Ch. 8

Transformations chimiques forcées

Ch. 9

Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10

Stratégies de synthèse

BAC

Thème 1 bis

2. Mouvement et interactions

Ouverture de thème

p. 290-291

Ch. 11

Description d'un mouvement

Ch. 12

Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13

Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14

Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BAC

Thème 2

3. Conversions et transferts d'énergie

Ouverture de thème

p. 402-403

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

p. 462-463

Ch. 17

Propagation des ondes

Ch. 18

Interférences et diffraction

Ch. 19

Lunette astronomique

Ch. 20

Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21

Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BAC

Thème 4

Annexes

Ch. 22

Méthode

Thème 1

Sujet Bac 5

Mesure du diamètre d'un fil de cuivre

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Énoncé

Un fil électrique est composé de deux parties. La première est conductrice et constitue l'intérieur du fil. Elle est souvent en cuivre. La seconde est isolante et enrobe le conducteur. Elle est généralement faite en matière plastique comme du polychlorure de vinyle (PVC) ou du polyéthylène (PE). Dénuder un fil électrique consiste à retirer la partie isolante pour « mettre à nu » la partie conductrice en cuivre. Le diamètre de cette partie conductrice conditionne grandement les propriétés du fil.

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Crédits : TADDEUS/Shutterstock

Doc. 1
Protocole expérimental

Protocole pour l'obtention de la solution à titrer :

prendre un fil électrique d'une longueur de $L = 40$ cm ;
dénuder le fil électrique et le déposer dans un bécher de $100$ mL ;
ajouter $20$ mL d'une solution d'acide nitrique fumant à $7$ mol⋅L^-1 ;
une fois le fil dissous, faire passer la solution obtenue dans une fiole jaugée de $100, 0$ mL et compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge (cette solution de nitrate de cuivre (II) est appelée $S_{0}$ ) ;
diluer dix fois $S_{0}$ pour obtenir la solution $S_{1}$ .

Protocole pour l'obtention de la courbe d'étalonnage :

réaliser plusieurs solutions de nitrate de cuivre (II) à des concentrations différentes et connues ;
mesurer l'absorbance de ces solutions à $λ = 800$ nm avec des cuves d'épaisseur $l = 1$ cm ;
relever les résultats dans un tableau.

Concentration (mol⋅L^-1)	Absorbance
$4, 0 \times 1 0^{- 3}$	$0, 048$
$8, 0 \times 1 0^{- 3}$	$0, 095$
$1, 2 \times 1 0^{- 2}$	$0, 148$
$2, 0 \times 1 0^{- 2}$	$0, 241$

Doc. 2
Spectre d'absorption des ions $C u^{2 +} (a q)$

Le graphique suivant présente le spectre d'absorption d'une solution de nitrate de cuivre (II) de concentration

1, 0 \times 1 0^{- 1}

mol⋅L^-1 en soluté apporté.

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Crédits : Lelivrescolaire.fr

Doc. 3
Présentation du spectrophotomètre

Le spectrophotomètre UV‑visible est utilisé pour la réalisation du spectre d'absorption et des mesures d'absorbance. L'épaisseur des cuves est égale à

l = 1

cm.

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Crédits : Martyn F. Chillmaid/SPL

Données

Couples d'oxydoréduction : $Cu^{2 +} (aq)/Cu(s), NO_{3}^{-} (aq)/NO(g)$
Masse molaire du cuivre : $M (Cu) = 63, 5$ g⋅mol^-1
Masse volumique du cuivre : $ρ_{Cu} = 8, 96$ g⋅cm^-3
Température ambiante : $θ = 20$ °C
Pression ambiante : $p = 1013$ hPa

Questions

1
Questions préliminaires
1.1 Les ions nitrate

NO_{3}^{-} (aq)

sont des oxydants puissants. Identifier le réducteur qui réagit lors de la dissolution du fil.

1.2 À l'aide des couples d'oxydoréduction fournis, déterminer l'équation de la réaction traduisant le passage en solution du fil de cuivre.

1.3 Lors de cette réaction, il se dégage un gaz peu soluble dans l'eau qui réagit aussitôt avec le dioxygène de l'air pour former une espèce chimique corrosive, très nocive pour la santé.
Préciser les conditions opératoires pour réaliser cette manipulation expérimentale.

2
Dosage spectrophotométrique d'une solution aqueuse d'ions cuivre (II) $Cu^{2 +} (aq)$
2.1 À partir du spectre d'absorption, justifier que les mesures d'absorbance soient effectuées à une longueur d'onde de

800

nm.

2.2 Donner la loi de Beer-Lambert en explicitant les unités de chaque terme.

2.3 Préciser l'intérêt de la dilution de la solution

S_{0}

2.4 Réaliser la courbe d'étalonnage à partir du tableau du .
L'absorbance de la solution

S_{1}

est mesurée à une valeur de

A_{1} = 0, 192

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2.5 En déduire la concentration

[Cu^{2 +}]_{1}

dans la solution

S_{1}

puis montrer que la concentration dans la solution

S_{0}

est

[Cu^{2 +}]_{0}

2.6 Calculer la quantité de

NO(g)

produit lors de la dissolution du fil et en déduire le volume occupé par celui-ci si l'on considère ce gaz comme étant parfait.

3
Détermination du diamètre

3.1 Déterminer la masse du fil de cuivre initiale, puis le volume correspondant.

3.2 En déduire le diamètre de la partie en cuivre du fil en considérant qu'il s'agit d'un cylindre.

Doc. 4
Détermination du TAC d'une eau de piscine

Un vernier est une réglette graduée montée sur un pied à coulisse. Il permet de mesurer plus précisément qu'à l'œil nu les petites longueurs.

L'objet que l'on souhaite mesurer est positionné entre les pinces et, avec une molette, la distance entre celles-ci est ajustée pour qu'elle corresponde exactement à la taille de l'objet. Il ne reste plus qu'à lire la valeur à la réglette.

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Crédits : lelivrescolaire.fr

Données

Incertitude sur le volume d'une fiole jaugée de $100$ mL à $20$ °C de classe A : $u (V) = 0, 1$ mL
Incertitude de mesure à l'aide d'un vernier : $u (x) = 0, 02$ mm

Questions

4
Comparaison de la précision avec un vernier
Dans une première approximation, l'incertitude sur le diamètre par la méthode spectrophotométrique est supposée donnée par :

\frac{u ( d )}{d} = \frac{u ( V )}{V}

4.1 Déterminer l'incertitude sur le diamètre

u (d)

par cette méthode.

4.2 Comparer avec l'incertitude que l'on aurait obtenue avec l'utilisation d'un vernier.

4.3 Préciser l'inconvénient majeur d'utiliser le protocole de titrage pour déterminer le diamètre du fil de cuivre.

4.4 Lister les sources d'erreurs dans le protocole pouvant conduire à une augmentation de l'incertitude.

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