Oui
Cinétique chimique
2e loi de Newton
Mouvement dans un champ de pesanteur
Sujet Bac Corrigé - Chimie et mouvement : bulle de dihydrogène et chute libre - Bac S Nouvelle-Calédonie 2007 (ancien programme) - Ex 4 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2007
Bac S (ancien programme)
L'exercice 4 du bac S Nouvelle-Calédonie 2007 (5,5 points, environ 1 h 05) suit un projet scientifique sur le mouvement : bulles de dihydrogène et bille d'acier.
- Dresser le tableau d'avancement de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique.
- Lire graphiquement l'avancement final et le temps de demi-réaction.
- Étudier la montée d'une bulle : vitesse limite, poussée d'Archimède, choix du schéma de forces.
- Établir vy(t) en chute libre et associer chaque courbe à sa condition initiale.
Le corrigé détaille chaque question sans calculatrice, avec les méthodes graphiques et les pièges de signe.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
Avez-vous bien cherché l'exercice ?
Bulles de dihydrogène et bille d'acier : un projet scientifique
L'exercice 4 du bac S Nouvelle-Calédonie 2007, noté sur 5,5 points (environ 1 h 05 conseillée), suit trois élèves qui préparent un projet sur le thème « Espace et mouvement ». Ils produisent du dihydrogène par réaction entre l'acide chlorhydrique et le magnésium, filment la montée d'une bulle dans l'eau, puis étudient la chute d'une bille d'acier. L'exercice couvre la cinétique chimique, la deuxième loi de Newton et la chute libre. La calculatrice est interdite.
Partie 1 : la transformation chimique
Les couples mis en jeu sont Mg2+/Mg et H+/H2, écrits dans l'ordre oxydant/réducteur. Le tableau d'avancement donne n0(Mg) = 5,0 × 10-3 mol et n0(H+) = 2,0 × 10-2 mol. Le magnésium est limitant, car il faut comparer n0(Mg) à n0(H+)/2 : xmax = 5,0 × 10-3 mol.
Sur la figure 2, le palier correspond à Vf(H2) = 120 mL ; avec Vm = 24 L·mol-1, on retrouve xf = 5,0 × 10-3 mol, après avoir converti le volume en litres. Comme xf = xmax, la transformation est totale. Le temps de demi-réaction se lit à l'abscisse du point d'ordonnée 60 mL : t1/2 ≈ 1,2 × 102 s. Ce n'est pas la moitié de la durée de la transformation. Pour l'augmenter, il faut ralentir la réaction en agissant sur un facteur cinétique : abaisser la température ou utiliser un acide moins concentré, tout en gardant les ions H+ en excès.
Partie 2 : la montée d'une bulle
Le régime R2 est le régime permanent, de vitesse limite vlim ≈ 0,29 m·s-1. La poussée d'Archimède vaut Π = ρ0Vbg, avec la masse volumique de l'eau et non celle du dihydrogène. Le rapport P/Π = ρ/ρ0 = 8,3 × 10-5 montre que le poids de la bulle est négligeable. Pendant le régime R1, la vitesse augmente vers le haut : d'après la deuxième loi de Newton, Π > f, et seule la représentation c convient. En régime R2, le mouvement est rectiligne uniforme et les forces se compensent : f = Π.
Partie 3 : la chute d'une bille
Soumise à son seul poids, la bille est en chute libre, même lorsqu'elle est lancée vers le haut. Avec l'axe Oy orienté vers le bas, la deuxième loi de Newton donne ay = g puis vy(t) = gt + v0y. Les trois droites de la figure 5 ont la même pente g et diffèrent par leur ordonnée à l'origine : bille lâchée sans vitesse, courbe (2) ; lancée vers le haut, v0y < 0, courbe (3) ; lancée vers le bas, courbe (1).
Partie 4 : la réponse d'Arthur
Dans un tube vide, chaque objet n'est soumis qu'à son poids : la masse se simplifie dans ma = mg. Lâchés dans les mêmes conditions, deux objets tombent ensemble ; la réponse d'Arthur est donc fausse.
Conseils pour réussir
Laissez apparents vos traits de construction graphique, faites attention au signe de v0y selon l'orientation de l'axe et justifiez chaque choix de schéma de forces par le sens de l'accélération. Le corrigé détaille chaque question avec ses pièges.