Bilan de physique-chimie

Exercice 1

Réponse : Faux

Un corps pur ne contient qu’une seule espèce chimique. L’eau minérale contient de l’eau mais aussi des ions dissous (calcium, magnésium, hydrogénocarbonate…) : c’est un mélange.

1. Lire l’étiquette : plusieurs espèces sont indiquées.
2. Plusieurs espèces chimiques ⟹ mélange, et non corps pur.

Exercice 2

Réponse : 20

Dans l’écriture ^A_ZX, A est le nombre de nucléons (protons + neutrons) et Z le nombre de protons. Le nombre de neutrons vaut N = A − Z.

1. A = 37 nucléons ; Z = 17 protons
2. N = A − Z = 37 − 17 = 20 neutrons

Exercice 3

Réponse : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

On remplit les sous-couches dans l’ordre 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, avec au plus 2 électrons dans une sous-couche s et 6 dans une sous-couche p. La somme des exposants doit valoir Z = 11.

1. 1s² : 2 électrons
2. 2s² : 4 électrons au total
3. 2p⁶ : 10 électrons au total (2p est pleine)
4. 3s¹ : le 11ᵉ électron va dans 3s, et non dans 3p

Exercice 4

Réponse : Mg²⁺

Le magnésium a 2 électrons de valence (1s² 2s² 2p⁶ 3s²). En les perdant, il obtient la configuration du gaz noble néon (octet) : il devient un cation portant deux charges positives.

1. Configuration : 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
2. Perte des 2 électrons de 3s ⟹ 1s² 2s² 2p⁶ (comme le néon)
3. 12 protons et 10 électrons : charge + 2, ion Mg²⁺

Exercice 5

Réponse : 20 g·L⁻¹

La concentration en masse est C_m = m_solutéV_solution, avec le volume en litres.

1. V = 250 mL = 0,250 L
2. C_m = 5,00,250
3. C_m = 20 g·L⁻¹

Exercice 6

Réponse : 2 mol

La quantité de matière n compte les entités par « paquets » de N_A : n = NN_A.

1. n = 1,2 × 10²⁴6,0 × 10²³
2. n = 12 × 10²³6,0 × 10²³ = 2,0 mol

Exercice 7

Réponse : 1 → A · 2 → B · 3 → E · 4 → C · 5 → D

Les six changements d’état vont par paires inverses : fusion / solidification, vaporisation / liquéfaction, sublimation / condensation. Attention : le passage gaz → liquide s’appelle liquéfaction (et non condensation).

1. Fusion : le glaçon fond.
2. Vaporisation : l’eau bout.
3. Liquéfaction : la buée sur une vitre froide.
4. Sublimation et condensation : passages directs entre solide et gaz.

Exercice 8

Réponse : 66 kJ

L’énergie reçue lors d’un changement d’état vaut Q = m × L, avec la masse en kilogrammes.

1. m = 200 g = 0,200 kg
2. Q = 0,200 × 3,3 × 10⁵ = 6,6 × 10⁴ J
3. Q = 66 000 J = 66 kJ

Exercice 9

Réponse : 2 · 1 · 2

Une équation ajustée conserve les éléments : chaque type d’atome doit apparaître autant de fois à gauche qu’à droite. On ne modifie jamais les indices des formules, seulement les nombres stœchiométriques.

1. Carbone : 1 à gauche, donc 1 CO₂ à droite.
2. Hydrogène : 4 à gauche, donc 2 H₂O à droite (2 × 2 = 4).
3. Oxygène à droite : 2 (dans CO₂) + 2 (dans 2 H₂O) = 4, donc 2 O₂ à gauche.

Exercice 10

Réponse : Le dihydrogène H₂

On compare les quantités de matière divisées par les nombres stœchiométriques : le plus petit rapport désigne le réactif limitant.

1. H₂ : 3,02 = 1,5
2. O₂ : 2,01 = 2,0
3. 1,5 < 2,0 : le dihydrogène est épuisé le premier, c’est le réactif limitant.

Exercice 11

Réponse : 2

Une transformation nucléaire conserve le nombre total de nucléons (A) et le nombre total de charges (Z).

1. Conservation de A : 235 + 1 = 140 + 94 + x
2. 236 = 234 + x, donc x = 2
3. Vérification de Z : 92 + 0 = 54 + 38 + 2 × 0 = 92 ✓

Exercice 12

Réponse : géocentrique

Le référentiel géocentrique a pour origine le centre de la Terre et des axes dirigés vers des étoiles lointaines. Il sert à étudier les mouvements autour de la Terre (Lune, satellites).

1. Mouvement autour de la Terre ⟹ géocentrique
2. Autour du Soleil ⟹ héliocentrique
3. Sur la Terre (voiture, ballon) ⟹ terrestre

Exercice 13

Réponse : 25 m·s⁻¹

1 km·h⁻¹ = 1 000 m3 600 s = 13,6 m·s⁻¹ : pour passer des km·h⁻¹ aux m·s⁻¹, on divise par 3,6.

1. 90 km = 90 000 m et 1 h = 3 600 s
2. v = 90 0003 600 = 25 m·s⁻¹
3. Raccourci : 90 ÷ 3,6 = 25

Exercice 14

Réponse : Rectiligne accéléré

Points alignés : la trajectoire est une droite (mouvement rectiligne). Écarts croissants pendant des durées égales : le palet parcourt de plus en plus de distance, sa vitesse augmente.

1. Trajectoire : rectiligne
2. Écarts de plus en plus grands ⟹ vitesse croissante
3. Mouvement rectiligne accéléré

Exercice 15

Réponse : 97,2 N

Le poids est la force d’attraction exercée par l’astre : P = m × g. La masse (en kg) ne change pas d’un astre à l’autre ; le poids (en N), si.

1. P = m × g_Lune
2. P = 60 × 1,62 = 97,2 N
3. Sur Terre, il serait d’environ 60 × 9,81 ≈ 589 N.

Exercice 16

Réponse : Faux

D’après le principe d’inertie, un système dont le mouvement est rectiligne uniforme est soumis à des forces qui se compensent. Aucune force « motrice » n’est nécessaire pour garder une vitesse constante.

1. Forces sur le palet : poids (vers le bas) et action de la glace (vers le haut), qui se compensent.
2. Forces compensées ⟹ vecteur vitesse constant : le palet continue tout droit à la même vitesse.

Exercice 17

Réponse : 400 Hz

La fréquence est l’inverse de la période : f = 1T, avec T en secondes et f en hertz.

1. T = 2,5 ms = 2,5 × 10⁻³ s
2. f = 12,5 × 10⁻³
3. f = 400 Hz

Exercice 18

Réponse : Sa fréquence

Un son est d’autant plus aigu que sa fréquence est élevée. Le niveau d’intensité sonore (en dB) traduit le volume perçu, et le timbre dépend de la forme du signal.

1. Hauteur ↔ fréquence
2. Volume ↔ niveau d’intensité sonore
3. Timbre ↔ forme du signal

Exercice 19

Réponse : Il s’enrichit en radiations bleues et violettes

Un corps chaud et dense émet un spectre continu. Plus sa température est élevée, plus le spectre s’étend vers les courtes longueurs d’onde, c’est-à-dire vers le bleu et le violet.

1. Filament peu chaud : surtout du rouge et de l’orange
2. Filament très chaud : toutes les couleurs, jusqu’au violet
3. Un spectre de raies est émis par un gaz excité, pas par un filament.

Exercice 20

Réponse : 22 °

On applique la loi de Snell-Descartes : n₁ sin i₁ = n₂ sin i₂, les angles étant mesurés depuis la normale.

1. sin i₂ = n₁ × sin i₁n₂ = 1,00 × sin 30°1,33
2. sin i₂ = 0,501,33 ≈ 0,376
3. i₂ = arcsin(0,376) ≈ 22° (le rayon se rapproche de la normale car n₂ > n₁)

Exercice 21

Réponse : Renversée et deux fois plus petite que l’objet

Le grandissement vaut γ = OA’OA. Son signe indique le sens de l’image (négatif : renversée) et sa valeur absolue sa taille (inférieure à 1 : plus petite).

1. γ = 15−30 = −0,5
2. γ < 0 : l’image est renversée
3. |γ| = 0,5 : l’image est deux fois plus petite que l’objet

Exercice 22

Réponse : Ampèremètre en série, voltmètre en dérivation

L’ampèremètre mesure le courant qui le traverse : il doit être placé dans la branche, en série. Le voltmètre compare deux points : il se branche aux bornes du dipôle, en dérivation.

1. Intensité I (en A) : ampèremètre en série
2. Tension U (en V) : voltmètre en dérivation

Exercice 23

Réponse : 0,3 A

Loi des nœuds : la somme des intensités qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités qui en repartent.

1. I = I₁ + I₂
2. I₂ = I − I₁ = 0,50 − 0,20
3. I₂ = 0,30 A

Exercice 24

Réponse : 5,5 V

Loi d’Ohm : U = R × I, avec R en ohms et I en ampères.

1. I = 25 mA = 0,025 A
2. U = 220 × 0,025
3. U = 5,5 V

Exercice 25

Réponse : Elle diminue

CTN signifie « coefficient de température négatif » : sa résistance diminue quand la température augmente. Une courbe d’étalonnage permet ensuite de lire la température à partir de la résistance mesurée.

1. Coefficient négatif : R et θ varient en sens contraires
2. θ augmente ⟹ R diminue