CONCOURS D’AIDE TECHNIQUE DE LABORATOIRE

SPECIALITE B : SCIENCES PHYSIQUES ET INDUSTRIELLES

L’épreuve est constituée d’exercices de physique (sur10 points) et de chimie (sur10 points). Elle comporte 8 pages.

Tous les exercices sont obligatoires (exercices C I - C II et C III en chimie ; exercices P I - P II et P III en physique) et indépendants les uns des autres.

Le candidat est tenu d’indiquer le numéro complet de chaque question devant sa réponse. Il répond directement sur les pages pour les exercices P I et P II.

Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale dans sa copie et poursuit sa composition en précisant les initiatives qu’il est conduit à prendre de ce fait.

CHIMIE

C I. Sécurité dans un laboratoire (2,5 points)

C I.1. Sur la paillasse d’un laboratoire se trouvent les produits suivants:

sodium ; bleu de bromothymol ; aniline ; liqueur de Fehling ; arséniate de sodium ; chlorure de potassium ; butan-2-ol ; formaldéhyde (ou méthanal) ; mercure ; propan-1-ol ; cyclohexane ; éthanoate de butyle ; propanone ; indigo.

On dispose de 4 armoires : produits minéraux ; produits organiques ; poisons ; indicateurs colorés, colorants, réactifs.

Comment rangez-vous ces produits ?

C I.2. Préciser les familles (ou fonctions) des produits organiques.

C I.3. Quelles sont les précautions à prendre quand on conserve le sodium et quand on le manipule ? Comment élimine-t-on les résidus de sodium après utilisation ?

C II. Préparation d’une solution d’ammoniac (3 points)

Sur un flacon de un litre d’une solution commerciale d'ammoniac, on lit :

densité d = 0,92 ; pourcentage en masse d'ammoniac : 20 %.

C II.1.a) Quelle est la formule de l'ammoniac ?

C II.1.b) Quelle est sa masse molaire moléculaire ?

C II.2. Calculer la concentration molaire co de la solution commerciale.

C II.3. On veut préparer un litre de solution d'ammoniac de concentration c = 0, 10 mol.L-1.

C II.3.a) Quel volume Vo de solution commerciale faut-il prélever ? ( justifier )

C II.3.b) Indiquer les différentes étapes de la préparation, en précisant le matériel à utiliser, et le mode opératoire.

DONNEES : Masses molaires atomiques, en g.mol-1 : MN = 14 ; MH = 1,0 ;

Masse volumique de l'eau : 1,0 kg.L-1

C III. Chimie générale: cinétique chimique (4,5 points)

Remarque: les trois parties de cet exercice sont indépendantes.

C III.1. On se propose d’étudier l’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée.

Les potentiels redox standard des couples ont pour valeurs :

E° ( H₂O₂ / H₂O ) = 1,77 V

E° ( I₂ / I ^- ) = 0,62 V

On utilise une solution commerciale d’eau oxygénée à 20 volumes.

C III.1.a) Donner le nom scientifique de l’eau oxygénée. Quelles sont ses utilisations dans la vie courante ?

C III.1.b) Pourquoi doit-on conserver l’eau oxygénée dans des flacons teintés ?

C III.1.c) "eau oxygénée à 20 volumes" signifie qu’un litre de cette eau oxygénée peut libérer 20 litres de dioxygène dans les conditions normales de température et de pression. On doit préparer 1 litre de solution d’eau oxygénée de concentration 0,1 mol.L^-1 à partir de la solution commerciale d’eau oxygénée à 20 volumes dans les conditions normales de température et de pression. On rappelle que l’équation-bilan de la réaction de décomposition de l’eau oxygénée s’écrit : H₂O₂ à H₂O + 1/2 O₂ (g)

Quel est le volume de solution commerciale à prélever ?

Quelle verrerie utiliseriez-vous pour effectuer le prélèvement et pour préparer la solution ?

C III.2. On mélange dans un becher à la date t = 0 :

- 10 mL d’iodure de potassium à 0,1 mol.L^-1

- 10 mL d’acide sulfurique à 1 mol.L^-1

- 2 mL d’eau oxygénée à 0,05 mol.L^-1

- 3 mL d’eau distillée

C III.2.a) Calculer à la date t = 0 la concentration des ions iodure, notée [ I ^- ]₀, du mélange réactionnel.

C III.2.b) Ecrire les demi-équations électroniques des couples oxydant-réducteur en présence. En déduire l’équation-bilan de la réaction.

C III.3. On veut suivre la cinétique de cette réaction à l’aide d’un montage informatisé. On dispose des éléments suivants : 1- interface

2- imprimante

3-spectrophotomètre

4- micro-ordinateur.

C III.3.a) En représentant chaque élément par un carré numéroté, faire un schéma du montage. Préciser dans quel ordre vous allumez les appareils et dans quel ordre vous les arrêtez.

C III.3.b) On enregistre à l’ordinateur la courbe donnant la concentration du diiode formé en fonction du temps. On obtient la courbe n° 2. Le logiciel permet de tracer deux tangentes en deux points différents et de calculer les pentes (ou coefficient directeur) et les ordonnées à l’origine. On utilise la notation E-03 = 10^-3.

A l’aide des informations données et sans faire de calcul, donner les valeurs de la vitesse de formation du diiode à la date t₁ = 30 s et t₂ = 90 s. Comment varie-t-elle au cours du temps?

C III.3.c) Pour étudier l’influence de la température sur la vitesse de la réaction, on enregistre à l’ordinateur les courbes obtenues lors de deux expériences identiques mais faites à des températures différentes : l’une à 25° C = q _A ; l’autre à 35° C = q _B

Sans faire de calcul, préciser à quelle courbe n° 1 ou n° 2 correspondent q _A et q _B et justifier votre choix.

PHYSIQUE

PI. Electronique (4 points)

Régulateur de tension intégré R.I.T.

On se propose d'étudier à charge Rc fixe l'influence de la tension d'entrée sur la stabilisation de la tension de sortie Us et le rendement d'un R.I.T 7805 régulateur 5V.

On réalise le montage ci-contre :

P I.1. Représenter à nouveau ci-dessous le montage avec les appareils de mesures permettant de mesurer Ie, Ue, Is et Us.

Lorsque la tension E varie de 3 V à 10 V, on relève les mesures suivantes :

P I.2. Calculer la valeur de Rc.

P I.3. On note : Pe, la puissance d’entrée et Pu, la puissance utile. Compléter le tableau en calculant : Pe = Ue.Ie ; Pu = Us.Is et .

P I.4.a) Tracer ci-dessous les courbes Us = f(Ue) et f(Ue). (échelles : 1 cm pour 1 V et 1 cm pour 0,10).

P I.4.b) A l'aide de ces deux courbes, préciser la valeur de Ue pour laquelle on a à la fois stabilisation de Us et un bon rendement.

P I.4.c) Que se passe-t-il si la tension d'entrée est supérieure à cette valeur ?

P I.4.d) Que se passe-t-il si la tension d'entrée est inférieure à cette valeur ?

P I.5. En déduire la fonction qui peut être réalisée par un R.I.T.

P II. Optique (3 points)

P II.1. Mettre la lettre correspondant à la bonne réponse dans la case appropriée.

a Biconcave.

b Ménisque divergent.

c Biconvexe.

d Plan convexe.

e Plan concave.

f Ménisque convergent.

A Lentilles à bords minces.

B Lentilles à bords épais.

Les lentilles à bords minces sont

Les lentilles à bords épais sont g Divergentes h Convergentes.

P II.Sur le schéma ci-dessous,représenter les rayons lumineux émergents qui correspondent aux rayons incidents suivants:

1 Passant par le centre optique O.

2 Parallèle à l'axe principal.

3 Passant par le foyer objet F.

P III. Construire sur le schéma ci-dessous, l'image A'B' d'une flèche lumineuse AB perpendiculaire à l'axe principal.

Peut-on recevoir l'image A'B' sur un écran ? Pourquoi ?

Si on place son oeil au voisinage du foyer image F', quel objet usuel a-t-on réalisé ? Pourquoi ?

P III. Mécanique (3 points)

Un mobile auto-porteur est lâché, à t = 0, sans vitesse initiale, sur une table plane, inclinée d'un angle a par rapport au plan horizontal.

Ce mobile laisse des traces sur une feuille, par étincelage, à intervalles de temps égaux à D t = 40 ms.

P III.1. Expliquer le principe de fonctionnement :

P III.1.a) D'un mobile auto-porteur.

P III.1.b) Du dispositif de marquage à étincelles.

P III.2. On peut ainsi mesurer sur la feuille la distance d parcourue par le mobile depuis sa position initiale, en fonction du temps t (les valeurs de d ont été mesurées à 0,5 mm près). Ces données d et t sont entrées manuellement dans l’ordinateur et traitées par le logiciel qui calcule la vitesse instantanée V.

On obtient sur l'écran de l'ordinateur le tableau suivant :

Tracer la représentation graphique de V en fonction de t. Quelle est la nature du mouvement du mobile ?

P.III.3. Le logiciel permet d'obtenir l'équation de cette représentation graphique et d’afficher sur l'écran de l'ordinateur :

V = a.t ; a =

P.III.3.a) Dans le menu "TRAITEMENT" du logiciel, choisir parmi les options suivantes (constantes, dérivée, intégration, modélisation) celle qui permet d’obtenir cette équation.

P.III.3.b) Quelle est l'unité de la constante a ? Quelle grandeur physique cette constante représente -t-elle ?

P.III.3.c) L'étude théorique du mouvement du mobile montre que V = g.sina .t .

Que représente la constante g? Quelle est sa valeur à Paris?

Quelles sont les valeurs possibles de l'angle a , en tenant compte de l'incertitude sur la valeur de a ?