WikiPrépaLivrets

CCINP Physique 2 PSI 2002Sujet

1,0(1 vote)
  • Magnétisme des milieux (aimantation, excitation magnétique, cycle d'hystérésis)
  • Induction électromagnétique et courants de Foucault
  • Circuits couplés par mutuelle inductance et oscillateurs couplés
  • Combustion et bilans de matière
  • Thermodynamique chimique (diagrammes d'Ellingham, constante d'équilibre, loi de Le Chatelier)
  • Précipitation et diagrammes de solubilité
  • Cristallographie (maille cubique centrée)
  • Courbes intensité-potentiel et corrosion
  • Catalyse hétérogène et configuration électronique
Logo concours CCINP

Explorer les annales

BanqueCCINPAnnée2002FilièrePSIMatièrePhysique
Annales CCINP PSI PhysiqueCCINP PSI 2002PSI PhysiquePhysique 2002

Téléchargements

Télécharger le sujet (PDF)
Lire en ligneLaTeXWord
  • Corrigé : pas encore disponible
  • Rapport du jury : non disponible

Présentation du sujet

Ferromagnétisme, induction et courants de Foucault ; pot catalytique automobile
Afficher ou masquer la section

Le problème de physique étudie trois applications indépendantes du magnétisme des milieux et de l'induction : la visualisation du cycle d'hystérésis d'un tore ferromagnétique, les courants de Foucault dans un conducteur cylindrique placé dans un champ magnétique variable, et le couplage magnétique entre deux circuits oscillants. Le problème de chimie porte sur le pot catalytique automobile, de la combustion du carburant et de la production de polluants jusqu'à la fabrication du support céramique ou métallique et au fonctionnement du catalyseur au platine.

  1. 1Physique, première partie : cycle d'hystérésis d'un circuit magnétique toriqueDéfinir l'aimantation et l'excitation magnétique, analyser un montage permettant de visualiser le cycle d'hystérésis B(H) d'un tore ferromagnétique et en déduire la puissance dissipée par hystérésis.
  2. 2Physique, deuxième partie : courants de Foucault dans des conducteurs cylindriquesCalculer le champ électrique et les courants induits dans un cylindre conducteur soumis à un champ magnétique variable, la puissance dissipée par effet Joule, et discuter l'intérêt du feuilletage des noyaux de transformateur.
  3. 3Physique, troisième partie : couplage magnétique entre deux circuits oscillantsÉtudier l'énergie magnétique de deux bobines couplées par mutuelle inductance, puis le régime libre et le régime sinusoïdal forcé de deux circuits oscillants couplés.
  4. 4Chimie, partie I : combustion et production de polluantsÉtudier la structure de l'isooctane et sa combustion complète ou incomplète, puis la formation thermodynamique des oxydes d'azote dans le moteur.
  5. 5Chimie, partie II : technologie et mode d'action du pot catalytiqueÉtudier la précipitation de l'hydroxyde d'aluminium pour fabriquer le support céramique, la structure cristalline de l'alliage du support métallique et sa résistance à la corrosion, puis la stabilité thermodynamique et le rôle catalytique du platine.

Ces sujets peuvent vous intéresser

Pas encore de corrigé pour ce sujet : voici des sujets proches corrigés.

Lecture du sujet en ligne

L'énoncé complet, avec les formules et les figures, sans ouvrir le PDF.
Afficher ou masquer la section
Sujet en PDF

EPREUVE SPECIFIQUE - FILIERE PSI

PHYSIQUE 2

Durée : 4 heures

Les calculatrices sont autorisées.
N.B. : Le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction.
Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il a été amené à prendre.
L'épreuve comporte un problème de physique et un problème de chimie. Les candidats traiteront les deux problèmes dans l'ordre de leur choix et les rédigeront de façon séparée.
Durées approximatives: physique-2 heures
chimie - 2 heures

PROBLEME DE PHYSIQUE

QUELQUES APPLICATIONS DU FERROMAGNETISME ET DE L'INDUCTION

Les trois parties peuvent être traitées indépendamment. On pourra répondre à certaines questions des différentes parties sans avoir répondu aux questions qui les précèdent.
Rappel : perméabilité magnétique du vide : μ_0 = 4π.10^(− 7) S.I.

PREMIERE PARTIE CYCLE D'HYSTERESIS D'UN CIRCUIT MAGNETIQUE TORIQUE

Dans toute cette partie, on se place dans l'approximation des régimes quasi-permanents (A.R.Q.P.) dans lequel le courant de déplacement sera négligé.
1.1. Dans un milieu aimanté, on définit le vecteur aimantation M^– = dm→/dτ, dm→ représentant le moment magnétique porté par le petit élément de volume dτ. On utilise, pour expliquer le comportement des milieux aimantés, la densité volumique de courant d'aimantation j⃗_m telle que j→_m = rot^(→−)M^–.
1.1.1. En considérant que, dans l'A.R.Q.P., le champ magnétique B⃗ est dû̀ à la fois aux courants libres (de conduction) et aux courants liés (d'aimantation), exprimer rot^(→−)B⃗.
1.1.2. Définir le vecteur excitation magnétique H⃗ relié à B⃗ et à M⃗. Donner les expressions de rot^(→−)H→ (équation de Maxwell-Ampére) et de la circulation de H→ sur un contour fermé (théorème d'Ampère).
1.2. Un matériau ferromagnétique est destiné à réaliser la carcasse d'un transformateur. On se propose de visualiser le cycle d'hystérésis de ce matériau sur un écran d'oscilloscope c'est à dire la courbe B(H) où B et H représentent les valeurs algébriques de B⃗ et H⃗. Pour cela, on réalise le montage de la figure 1.
figure 1
Sur le noyau ferromagnétique de forme torique, de section S , de circonférence moyenne ℓ (avec ℓ^2≫S ), on enroule n_1 spires constituant l'enroulement primaire et n_2 spires constituant l'enroulement secondaire.
Le générateur de f.é.m. e(t) est une source de tension sinusoïdale (e(t) = E ⋅ cosωt) de fréquence f = 50 Hz.
La résistance R = 100kΩ est telle que le produit n_2 ⋅ i_2 est négligeable devant le produit n_1 ⋅ i_1.
1.2.1. Pourquoi est-il judicieux :
  • de choisir un tore?
  • de choisir ℓ^2≫ S ?
    1.2.2. Dans ce montage, le circuit RC (entrée u_2, sortie v_Y ) fonctionne en intégrateur. Quelle condition la capacité C doit-elle satisfaire pour cela?
    Quelle(s) valeur(s) peut-on choisir pour C parmi les valeurs usuelles suivantes : 10 nF , 47nF, 100nF, 470nF, 1μ F et 4, 7μ F ?
    1.2.3. Exprimer H en fonction de v_X puis B en fonction de v_Y et expliquer pourquoi le montage permet de visualiser le cycle d'hystérésis.
    1.2.4. Applications numériques:
    ℓ = 50 cm, S = 20 cm^2, C = 1μ F, R_0 = 5Ω, n_1 = 250, n_2 = 250.
    Donner, en précisant les unités, les expressions de H en fonction de v_X puis de B en fonction de v_Y.
    1.2.5. On obtient l'oscillogramme de la figure 2.
    v_y est en ordonnée ( 1 graduation représente 2 volts).
    v_x est en abscisse ( 1 graduation représente 1 volt).
figure 2
Déduire de cet oscillogramme les valeurs approximatives (à 20% près) du champ magnétique rémanent B_r, de l'aimantation rémanente M_r et celle du champ coercitif H_c.
1.3. Pertes par hystérésis
Dans le montage de la figure 1, on peut raisonnablement négliger la puissance dissipée par effet Joule dans les enroulements primaire et secondaire. Pour simplifier, on suppose également négligeables les pertes dues aux courants de Foucault dans le tore. Dans ces conditions, la puissance p_H = u_1.i_1 dissipée est uniquement due aux propriétés ferromagnétiques du noyau. Il s'agit des pertes par hystérésis.
1.3.1. Etablir la relation liant P_H, valeur moyenne de p_H, à l'aire du cycle d'hystérésis représentant l'évolution de B en fonction de H (on notera A l'aire du cycle).
1.3.2. Sur l'oscillogramme de la figure 2 , on évalue l'aire du cycle à 6 carreaux.
En déduire, en utilisant les valeurs numériques de la question 1.2., la valeur de la puissance moyenne P_H dissipée à cause du phénomène d'hystérésis dans l'ensemble du tore dans l'essai réalisé.
1.4. A-t-on intérêt pour la fabrication des transformateurs à utiliser un matériau ferromagnétique ayant un champ coercitif important ou faible au contraire? Justifier.

DEUXIEME PARTIE COURANTS DE FOUCAULT DANS DES CONDUCTEURS CYLINDRIQUES

On place un cylindre conducteur d'axe Oz (figure 3), de section S_0 = πR^2, de longueur L et de conductivité γ dans un champ magnétique uniforme (créé par des sources extérieures) colinéaire à l'axe Oz : B→ = B_0 ⋅ cosωtu→_z.
On se propose de calculer les courants induits et la puissance dissipée par effet Joule dans le conducteur dans l'approximation où le champ magnétique reste identique au champ B→ extérieur appliqué, puis d'examiner la validité de cette hypothèse.
On note r, θ et z les coordonnées cylindriques et on rappelle les formules du rotationnel et de la divergence d'un vecteur A⃗ en coordonnées cylindriques :
figure 3
rot^(→−)A→ = [1/r((∂A_z)/(∂θ)) − (∂A_θ)/(∂z)]u→_r + ((∂A_r)/(∂z) − (∂A_z)/(∂r))u→_θ + 1/r((∂(rA_θ))/(∂r) − (∂A_r)/(∂θ))u→_z
divA⃗ = 1/r(∂(rA_r))/(∂r) + 1/r(∂ A_θ)/(∂θ) + (∂A_z)/(∂z)
2.1. On admet que E⃗(P) est perpendiculaire à u⃗_z : E_z = 0.
Justifier clairement que le champ électrique en tout point P du cylindre est de la forme :
E^–(P) = E_θ(r)u→_θ
où r, θ et z représentent les coordonnées cylindriques de P.
2.2. Montrer que E^–(P) = (ω ⋅ B_0 ⋅ sinωt.r)/2u^–_θ.

2.3. Puissance perdue par effet Joule

On rappelle que la densité de courant induit j⃗(P) est reliée à E⃗(P) par la relation : j^–(P) = γE^–(p) et que la puissance volumique dp_j/dτ dissipée par effet Joule dans le matériau s'écrit :
dp_j/dτ = j→(P) ⋅ E→(p) = γ ⋅ E^2(P).
2.3.1. Exprimer la puissance moyenne P_j (moyenne temporelle) dissipée par effet Joule dans le cylindre (on fera apparaître dans cette expression les termes S_0 et f = ω/2π, fréquence de variation de B^– ).
2.3.2. Application numérique :
On donne : B_0 = 0, 1 T, γ = 2.10^6 Ω^(− 1).m^(− 1), L = 0, 5 m, S_0 = 20 cm^2, f = 50 Hz. Calculer P_j.
2.4. Les courants induits (tels que nous les avons calculés) créent un champ magnétique B⃗_i qui se superpose à celui des sources extérieures.
2.4.1. On néglige le courant de déplacement par rapport au courant induit de densité j¯(P) Pourquoi cette hypothèse est-elle tout à fait justifiée?
2.4.2. Exprimer B¯_i (on admettra que B⃗_i est orienté suivant u⃗_z et que B¯_i est nul à l'extérieur du cylindre).
2.4.3. A quelle condition, portant sur R, rayon du cylindre, l'hypothèse initiale (le champ magnétique reste identique au champ B→ extérieur appliqué) est-elle vérifiée (autrement dit, à quelle condition le module de B→_i reste-t-il négligeable devant B_0 )?
2.4.4. Cette condition est-elle vérifiée avec les valeurs numériques du 2.3.2.?
2.5. Limitation de la puissance dissipée par les courants induits (on se place toujours dans l'hypothèse "champ magnétique identique au champ B→ extérieur appliqué").
2.5.1. Que devient la puissance P_j (question 2.3.1.) si au lieu d'un seul conducteur cylindrique, on utilise n conducteurs cylindriques identiques de section S_0^′ = S_0/n ?
2.5.2. Comment tire-t-on parti du résultat obtenu à la question précédente dans la réalisation des transformateurs pour limiter les pertes par courants de Foucault?
2.6. Dans un transformateur réel, la puissance perdue par hystérésis et par courants de Foucault constituent les pertes fer.
Pour mesurer les pertes fer correspondant à un essai en charge ( i_2 ≠ 0 ) donné, on réalise un essai à vide (figure 4 : enroulement secondaire non connecté : i_2 = 0 ) et on mesure la puissance moyenne P_1 = ⟨u_1.i_1⟩ consommée par le transformateur soumis à la même tension u_1 que
figure 4
dans l'essai en charge. On considère alors que P_1 est approximativement égale aux pertes fer. Justifier cette approximation.

TROISIEME PARTIE COUPLAGE MAGNETIQUE ENTRE DEUX CIRCUITS OSCILLANTS

figure 5
On considère le montage de la figure 5 . Les résistances des deux bobines (circuits rigides et immobiles) sont supposées négligeables. On appelle L_1 et L_2 les inductances propres des deux bobines et M l'inductance mutuelle des deux circuits ( M dépend de la position relative des deux bobines). On note i_1 et i_2 les intensités des courants circulant dans chaque circuit.
On rappelle que le flux du champ magnétique B^–_1 créé par le circuit (1) à travers le circuit (2) est donné par Φ_(12) = Mi_1. De même, le flux du champ magnétique B→_2 créé par le circuit (2) à travers le circuit (1) est donné par Φ_(21) = Mi_2.
3.1. Aspect énergétique : exprimer l'énergie magnétique du système des deux bobines (en l'absence d'autres sources de champ magnétique).
En déduire que M^2 < L_1 L_2.
3.2. On s'intéresse d'abord à l'effet du couplage sur le comportement de deux circuits oscillants dans le cas du régime libre (cas où e(t) = 0 ).
3.2.1. Sans faire de calculs, donner l'allure la plus générale du spectre fréquentiel de la tension v_1 aux bornes du condensateur C_1.
3.2.2. Comment évolue ce spectre si le couplage augmente, c'est-à-dire si M augmente (on ne demande ni calcul ni justification) ?
3.2.3. Peut-on obtenir, même dans le cas général où l'effet du couplage ne peut pas être négligé, un spectre fréquentiel de v_1 ayant l'allure de la figure 6 ? Si oui, comment ? Sinon, pourquoi?
figure 6
Dans tout ce qui suit, on supposera que L_1 = L_2 = L et que C_1 et C_2 sont deux condensateurs identiques de capacité C.
3.2.4. Mise en équation.
3.2.4.1. Ecrire le couple d'équations différentielles auxquelles obéissent les tensions v_1 et v_2.
3.2.4.2. Exprimer les solutions générales v_1(t) et v_2(t) du régime libre (e(t) = 0).
3.2.5. On charge le condensateur C_1 ( C_2 étant déchargé). On réalise le montage de la figure 7 et on ferme l'interrupteur K à l'instant t = 0.
Les conditions initiales sur v_1 et v_2 sont donc : v_1(0) = v_0 et v_2(0) = 0.
figure 7
3.2.5.1. Etablir les expressions v_1(t) et v_2(t).
3.2.5.2. On se place dans le cas d'un couplage faible ( M≪L ).
3.2.5.2.a ) Représenter les allures des courbes v_1(t) et v_2(t).
3.2.5.2.b) Quelle seraient les allures de ces courbes si on tenait compte des résistances des bobines d'inductance L (on ne demande aucun calcul).
3.3. On suppose maintenant que la source de tension e(t) est sinusoïdale : e(t) = E.coscot .
Exprimer v_1(t) et v_2(t) en régime permanent sinusoïdal.

PROBLÈME DE CHIMIE

ÉCHAPPEMENT AUTOMOBILE ET PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

Les constructeurs automobiles équipent aujourd'hui l'ensemble de leur gamme avec des pots d'échappement catalytiques. Ceux-ci ont pour objet de réduire les émissions polluantes produites par les moteurs à explosion, les principales étant les suies, le monooxyde de carbone CO , les oxydes d'azote NO et NO_2, couramment désignés par NO_x, le dioxyde de soufre SO_2 et l'ozone O_3.

I. COMBUSTION COMPLÈTE, COMBUSTION INCOMPLÈTE, PRODUCTION DE SUIES ET DE NO _x

I.1. Combustion complète

Les supercarburants sont constitués d'un mélange complexe d'alcanes linéaires et ramifiés. Ils sont classés selon leur «indice d'octane».
Question 1 (Q1): Quelle est la formule brute de l'octane?
L'indice d'octane d'un carburant est défini par la fraction d'isooctane dans un mélange heptane-isooctane qui produit un niveau de cliquetis du moteur identique à celui du carburant testé. La formule semi-développée de l'isooctane est donnée sur la Figure 1.
Q2: Quel est le nom de ce composé en nomenclature systématique?
Q3 : Combien existe-t-il d'isomères de l'isooctane comportant, comme lui, une chaîne carbonée principale à 5 carbones (isomères de chaîne et de position uniquement) ? L'un de ces isomères possède deux stéréoisomères optiquement actifs. Dessiner le stéréoisomère R en représentation de Cram.
Q4 : Schématiser de façon très simplifiée le dispositif permettant de déterminer l'activité optique d'un tel composé chiral.
Q5 : Ecrire l'équation-bilan décrivant la combustion complète de l'isooctane (formation de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau).

I.2. Combustion incomplète : production de suies

Au cours du fonctionnement du moteur, il peut apparaître des situations où le mélange aircarburant n'est pas optimal; la combustion peut alors être incomplète et produire du carbone élémentaire sous forme de particules très fines (les suies) en lieu et place du dioxyde de carbone.
Q6: Quelle masse de suies produit, par litre d'octane liquide consommé, un véhicule dont le moteur fonctionne en brulant 1% de l'octane en combustion incomplète?

I.3. Production des NO_x

Aux températures très élevées générées dans les cylindres du moteur par l'explosion du mélange air-essence, la réaction du diazote et du dioxygène produit le polluant monooxyde d'azote, de formule NO, selon :
N_2 + O_2 → 2NO
Q7 : Quelle est la formule de Lewis de NO? La molécule de NO est-elle diamagnétique ou paramagnétique?
Q8: En écrivant la constante d'équilibre de la réaction [1] et en appliquant l'approximation d'Ellingham, exprimer l'évolution avec la température de la pression partielle P_(NO) du monooxyde d'azote formé dans l'air à la pression atmosphérique ( P(N_2) = 0, 8 bar, P(O_2) = 0, 2 bar). A quelle température la fraction de NO atteint-elle 0, 1%(10^(− 3)bar) dans ces conditions?
Q9 : En fait, la pression dans les cylindres est plus élevée que la pression atmosphérique. En utilisant, en première approximation, la loi de Le Chatelier, préciser si la fraction de NO à cette température, sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, est plus forte, identique ou plus faible que 0, 1% ? Quel paramètre physique devrait-on prendre en compte pour parfaire la réponse à cette question?
Q10 : Au refroidissement, le monooxyde d'azote s'oxyde spontanément en dioxyde NO_2.Ce dernier peut réagir avec l'eau pour former de l'acide nitrique HNO_3. Cette réaction étant une dismutation de l'azote, proposer une équation-bilan satisfaisante pour la décrire.

II. TECHNOLOGIE ET MODE D'ACTION DU POT CATALYTIQUE

Dans la ligne d'échappement automobile, le pot catalytique s'intercale entre la culasse d'où sortent les gaz d'échappement et le (ou les) silencieux. C'est un conteneur métallique à l'intérieur duquel est placé le convertisseur, système constitué d'un support céramique ou métallique sur lequel est déposé le matériau assurant la catalyse.

II.1. Le support de catalyseur

II.1.1. Support céramique

Le matériau utilisé pour réaliser les supports céramiques est la cordiérite, un alumino-silicate de magnésium, de formule Mg_2 Al_4 Si_5 O_(18). Ce composé est préparé par mélange de trois constituants :
  • L'alumine, Al_2 O_3,
  • Le kaolin, Al_2 Si_2 O_7,
  • Le talc, Mg_3 Si_4 O_(11).
Pour préparer l'alumine, on précipite d'abord l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)_3 en ajoutant de l'hydroxyde de sodium à une solution aqueuse de nitrate d'aluminium Al(NO_3)_3.
Q11: En considérant que, dans une solution aqueuse de nitrate d'aluminium, la réaction prépondérante du cation Al^(3 +) avec l'eau est la suivante (toutes les espèces sont dissoutes, l'anion nitrate est indifférent) :
Al^(3 +) + H_2 O → AlOH^(2 +) + H^+
Calculer le pH d'une solution contenant 5 mol.L^(− 1) de nitrate d'aluminium.
Q12 : En observant le diagramme de solubilité de l'hydroxyde d'aluminium présenté à la Figure 2, préciser les valeurs de pH suivantes relatives à la précipitation de ce composé à partir de la solution de nitrate d'aluminium à 5 mol.L^(− 1) :
  • pH de précipitation commençante,
  • pH de précipitation «totale»,
  • pH de fin de dissolution alcaline (on précisera le nom de l'anion Al(OH)_4^−).
Q13 : A la précipitation «totale», quelle concentration d'aluminium (III) dissous échappe à la précipitation et est évacuée dans le filtrat?
Q14 : Pour obtenir la cordiérite, les poudres d'alumine, de kaolin et de talc sont séchées puis mélangées intimement. Le mélange est ensuite calciné à température élevée. Dans quelles proportions molaires (qu'on exprimera en %) faut-il mélanger l'alumine, le kaolin et le talc pour obtenir la cordiérite?

II.1.2. Support métallique

Certains fabricants proposent un support métallique pour le catalyseur; ce support est constitué d'un alliage fer-chrome-aluminium ( FeCrAl ) contenant (pourcentages massiques) 74, 8%Fe, 20%Cr, 5, 2%Al. Sa structure cristalline est identique à celle du fer cubique centré, les atomes de chrome et d'aluminium occupant de façon aléatoire les mêmes sites cristallins que le fer.
Q15 : Représenter en perspective la maille cubique centrée du fer pur. Quelle est la coordinence des atomes de fer de cette maille? Pourquoi peut-on déduire de cette valeur que le système cristallin considéré ne possède pas la compacité maximum possible?
Q16: Déterminer la formule chimique Fe_x Cr_y Al_z de l'alliage dont la composition massique est définie ci-dessus (on utilisera des coefficients stoechiométriques x, y et z inférieurs à l'unité). En déduire la masse volumique de cet alliage, qu'on exprimera en g.cm^(− 3).
L'alliage FeCrAl utilisé résiste à la corrosion, aussi bien en service (à chaud) qu'à température ordinaire (pendant les périodes d'arrêt du véhicule) en raison de la formation rapide d'une couche passive d'alumine. Le tracé de la courbe intensité-potentiel relative à ce matériau le montre sans ambiguité.
Q17 : Observer les trois courbes intensité-potentiel A, B et C de la Figure 3 et préciser quelle est celle relative au fer pur, celle relative à l'alliage FeCrAl et celle qui n'a pas de sens physique.

II.2. Le catalyseur

II.2.1 Nature du catalyseur

Le catalyseur le plus utilisé en échappement automobile est le platine (Pt).
Q18 : Ecrire la structure électronique complète du platine en respectant la règle de Klechkowsky.
Compte-tenu du fonctionnement du catalyseur à température élevée ( > 800^∘C ) il est important de connaître le comportement du platine vis-à-vis de l'oxydation par le dioxygène. Le diagramme d'Ellingham de la Figure 4 est relatif aux oxydes de platine. Il permet d'apporter une réponse thermodynamique aux questions suivantes (pour P(O_2) = 1 bar) :
Q19 :
  • Quel est l'oxyde de platine stable à température ordinaire ?
  • Dans quel domaine de températures PtO est-il l'oxyde stable ?
  • Quelle est la température au-dessus de laquelle aucun oxyde de platine ne peut exister ?
Cette dernière température définit la température minimale du pot catalytique.

II.2.2 Mode d'action du catalyseur

Q20: Qu'est-ce qu'un catalyseur? On répondra par «vrai» ou «faux» aux six affirmations suivantes concernant le catalyseur :
  1. il déplace l'équilibre vers les produits désirés
  2. il augmente la vitesse de la réaction
  3. il intervient dans le mécanisme
  4. il participe au bilan global
  5. il n'est pas consommé par la réaction
  6. il doit se présenter sous la forme d'une phase distincte
Q21 : En échappement automobile, la dépollution des NO_x par le catalyseur consiste principalement en une catalyse de la décomposition de NO en diazote et dioxygène. Jusqu'à quelle fraction résiduelle de NO peut-on espérer descendre avec un catalyseur fonctionnant à 600^∘C dans un mélange d'échappement où P(N_2) = 0, 8 bar et P(O_2) = 0, 01 bar ?

III. DONNEES (par ordre alphabétique) :

Constante des gaz parfaits : R = 8, 314 J ⋅ K^(− 1) ⋅ mol^(− 1)
Constante d'acidité à 25^∘C (espèces dissoutes) :
Al^(3 +) + H_2 O → AlOH^(2 +) + H^+ K_a = 10^(− 5, 0)
Enthalpie standard de formation à 25^∘C :
NO : Δ_f H^∘_(298) = 90290 J.mol^(− 1)
Entropies standard à 25^∘C :
NO :, S^∘_(298)(NO) = 210, 76 J ⋅ K^(− 1) ⋅ mol^(− 1); N_2 :, S^∘_(298)(N_2) = 191, 61 J ⋅ K^(− 1) ⋅ mol^(− 1); O_2 :, S^∘_(298)(O_2) = 205, 15 J ⋅ K^(− 1) ⋅ mol^(− 1)
Masse volumique de l'octane liquide : ρ = 0, 692 g.cm^(− 3)
Masses molaires atomiques (g. mol^(− 1) ) : H = 1, 0
N = 14, 0; O = 16, 0; Al = 27, 0; Cr = 52, 0; Fe = 55, 85
Nombre d'Avogadro: N = 6, 023 × 10^(23) mol^(− 1)
Numéros atomiques N : 7
O:8
Pt : 78
Paramètre de la maille cubique centrée de l'alliage FeCrAl considéré : a = 286, 1pm
Produit de solubilité de Al(OH)_3 à 25^∘C : pK_s = 32, 3

IV. FIGURES

Fig. 1 : Formule semi-développée de l'isooctane.
Fig. 2 : Diagramme de solubilité de l'hydroxyde d'aluminium à 298 K .
Fig. 3 : Courbes intensité-potentiel à 25^∘C (électrolyte Na_2 SO_4 0, 01 mol. L^(− 1) ).
Fig. 4 : Diagramme d'Ellingham des oxydes de platine (chaque courbe correspond à la formation d'une mole d'oxyde).

Questions fréquentes

4 questions
Sur quels chapitres porte le sujet de physique 2 CCINP PSI 2002 ?
Afficher ou masquer la section

Sur quels chapitres porte le sujet de physique 2 CCINP PSI 2002 ?

La physique porte sur le magnétisme des milieux, l'induction et les courants de Foucault, et la chimie sur la thermodynamique chimique, la cristallographie et la catalyse appliquées au pot catalytique automobile.

Les deux problèmes du sujet sont-ils indépendants ?

Oui, l'énoncé précise que les problèmes de physique et de chimie sont à traiter et à rédiger séparément, et les trois parties du problème de physique sont elles-mêmes indépendantes.

Quels résultats de cours faut-il connaître pour ce sujet ?

L'aimantation et l'excitation magnétique, les équations de Maxwell en régime quasi-permanent, les circuits couplés, ainsi que les diagrammes d'Ellingham et la précipitation en chimie des solutions.

La calculatrice est-elle autorisée pour ce sujet ?

Oui, l'énoncé précise que les calculatrices sont autorisées.

Pas de description pour le moment