Physique-Chimie : Devoir sur Table n°5

NOM, Prénom : .................................................................................................................................  TS1 / TS2

Vendredi 16 mars 2018

2 h 00

CALCULATRICE  INTERDITE

Les annexes page 6 est à rendre avec la copie

Le barème indiqué est sur 20 points.

Soin et chiffres significatifs : 0,5 point

• Attention, à vous d’utiliser les « aides aux calculs » proposées qui vous sont utiles 

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Exercice 1 :         Hydrolyse de l’urée    (5,5 points)

On dispose d'un volume V = 2,0. 10 - 3 L d'une solution d'urée CO(NH2)2 de concentration initiale C0.

Dans les conditions de l'expérience (27°C), l'urée s'hydrolyse lentement selon l'équation suivante :

[pic 1]

En suivant l’évolution du milieu réactionnel on peut tracer la courbe donnant la quantité d'urée restante en solution en fonction du temps :

[pic 2]

Données :         M (urée) = 60,0 g.mol-1 

1. Calculer la concentration initiale C0 de la solution d'urée.

1. Définir le temps de demi-réaction.

1. Déterminer la valeur du temps de demi-réaction (noté t1/2). Une justification graphique est attendue sur l’annexe page 6.

1. Calculer la quantité de matière d’ammoniac n(NH3) pour t1/2 puis tracer sur le graphe donné en annexe la courbe donnant la quantité d'ammoniac NH3 formée en fonction du temps.

1. Déterminer la concentration finale d'ammoniac dans la solution, si besoin, vous pouvez vous aider d’un tableau d’avancement.

1. Quel est le nom de l'autre produit formé lors de cette hydrolyse ?

1. Déterminer la masse m0 d'urée qui a été dissoute dans la solution de départ.

1. Sachant qu'en présence de lumière intense, le temps de demi-réaction est ramené à 0,93 h, que peut-on dire de la lumière pour cette réaction ? Justifier.

Exercice 2 :         Relativité restreinte   (4 points)

Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche du Soleil : elle se situe à une distance D = 4,3 années lumières de la Terre. Un vaisseau spatial part de la Terre et voyage à une vitesse constante v jusqu'à cette étoile. A l'arrivée, les passagers ont vieilli de ΔT0 , durée indiquée dans le vaisseau spatial.

On note ΔT la durée de ce voyage vu depuis la Terre.

Données:    Célérité de la lumière c = 3,00 ×10 8 m.s-1         Facteur de Lorentz :   [pic 3]

Aide  aux calculs :   [pic 4]                 = 0,0141                  [pic 6][pic 5]

1. La durée ΔT de ce voyage vu depuis la Terre est-elle un temps propre ou un temps mesuré ? Justifier.

1. Déterminer l’expression littérale de la durée ΔT en fonction de D et v.  

1. Quelle relation existe-t-il entre les durées ΔT0  et ΔT ?  Laquelle de ces deux durées est la plus grande ?

1. En déduire l'expression littérale donnant la vitesse v à laquelle se déplace le vaisseau spatial par rapport à la Terre en fonction de D, c et ΔT0  

1. Si un vaisseau spatial volait durant ΔT0 = 1,00 an à la vitesse 0,9999.c, combien de temps se sera-t-il écoulé sur Terre ? Commenter.        

Exercice 3 : Le feu d’artifice      (4,5 points)

Pour obtenir un feu d’artifice on procède à l’éclatement d’une pièce pyrotechnique. Un dispositif permet de projeter la pièce pyrotechnique vers le haut. Une fois que ce projectile a atteint la hauteur prévue par l’artificier, il éclate, créant l’effet « son et lumière » souhaité.

Données :

Intensité du champ de pesanteur : g = 10 m.s-2 ;

Masse de la pièce pyrotechnique : m = 2,8 × 10 2 g

[pic 7]

On s’intéresse au mouvement de la pièce pyrotechnique jusqu’à son éclatement

dans un référentiel terrestre supposé galiléen muni d’un repère (Ox,Oy).

On étudie le mouvement d’un point M de la pièce, qui se trouve à l’origine du repère

à l’instant du lancement  t = 0 s. [pic 8]

Lors d’un tir vertical, la vitesse initiale de la pièce est verticale et dirigée vers le haut

(voir schéma ci-contre) et a pour valeur v0 = 70 m.s-1

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