Devoir surveillé n°3 — Semestre 1

Chimie (7 points) — L'élément soufre

La répartition électronique d'un atome X est (K)²(L)⁸(M)⁶. Données : H (Z = 1) ; C (Z = 6) ; O (Z = 8) ; Na (Z = 11).

Déterminer le numéro atomique de X, et l'identifier sachant que c'est le soufre. (1 pt)
Donner sa place (période et colonne) dans la classification simplifiée. Justifier. (1 pt)
Quel ion le soufre forme-t-il ? En déduire la formule du sulfure de sodium. (1,5 pt)
Combien de liaisons covalentes le soufre établit-il ? Donner la représentation de Lewis de la molécule H₂S, et préciser sa géométrie. (2 pts)
L'oxygène appartient à la même colonne que le soufre. Que peut-on dire de leurs propriétés chimiques ? (0,5 pt)
Écrire les formules semi-développées de deux isomères de formule brute C₂H₆O. (1 pt)

Physique — Exercice 1 (7 points) — Un panneau publicitaire

Un panneau de poids P = 200 N est suspendu par deux câbles identiques. Chacun fait un angle de 30° avec la verticale, symétriquement.

Faire le bilan des forces qui s'exercent sur le panneau, et les représenter. (1,5 pt)
Énoncer les deux conditions d'équilibre d'un solide soumis à trois forces non parallèles. (1,5 pt)
Par projection, calculer la tension de chaque câble. (2,5 pts)
Vérifier le résultat par une construction graphique, à une échelle au choix. (1,5 pt)

Physique — Exercice 2 (6 points) — Une barre en équilibre

Une barre homogène OA de longueur 1,0 m et de poids P = 20 N peut tourner autour d'un axe horizontal passant par son extrémité O. On suspend une charge de 30 N à 80 cm de O. La barre est maintenue horizontale par un câble vertical fixé en A.

Définir le moment d'une force par rapport à un axe fixe. (1 pt)
Calculer le moment du poids de la barre, puis celui de la charge, par rapport à l'axe. (1,5 pt)
Énoncer le théorème des moments, puis calculer la tension T du câble. (2 pts)
Calculer l'intensité de la réaction de l'axe (supposée verticale). (1,5 pt)

Afficher la correction et le barème

Chimie (7 pts)

1. Z = 2 + 8 + 6 = 16 : c'est le soufre S. (1)
2. Il y a 3 couches occupées, donc c'est la 3ᵉ période. Il a 6 électrons externes, donc c'est la colonne 16. (1)
3. Il gagne 2 électrons pour satisfaire l'octet : ion S²⁻. Le sulfure de sodium a pour formule Na₂S. (1,5)
4. Il lui manque 2 électrons, donc il établit 2 liaisons. Dans H–S–H, l'atome S porte 2 doublets liants et 2 doublets non liants : la molécule est coudée, comme H₂O. (2)
5. Ils ont des propriétés chimiques semblables : ils appartiennent à la même famille. (0,5)
6. CH₃–CH₂–OH et CH₃–O–CH₃. (1)

Physique — Exercice 1 (7 pts)

1. Le poids P (vertical, vers le bas) et les tensions T₁ et T₂ des câbles (dirigées le long des câbles). (1,5)
2. Les trois forces sont coplanaires et concourantes, et leur somme vectorielle est nulle. (1,5)
3. Par symétrie, T₁ = T₂ = T. Projection sur la verticale : 2T·cos 30° = P, donc T = 200/(2 × 0,866) ≈ 115 N. (2,5)
4. Mises bout à bout, les trois forces forment un triangle fermé. On mesure T ≈ 115 N. (1,5)

Physique — Exercice 2 (6 pts)

1. M_Δ(F) = ±F·d, où d est la distance entre l'axe et la droite d'action de la force. (1)
2. On prend comme sens positif le sens de rotation provoqué par les charges. M(P) = 20 × 0,50 = 10 N·m ; M(charge) = 30 × 0,80 = 24 N·m. (1,5)
3. À l'équilibre, la somme des moments est nulle : 10 + 24 − T × 1,0 = 0, donc T = 34 N. (2)
4. La somme des forces est nulle : R = 20 + 30 − 34 = 16 N, verticale et vers le haut. (1,5)