DNB 2021Nouvelle-CalédonieCorrigé complet

Météorites : masse volumique, classification, détection des ions Fe²⁺, poids et énergie cinétique

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences7 questions

Notions BO couvertes

T1.1·Espèces/mélanges/solubilité/masse volumique/changements d'état T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T1.4·pH, acides-bases, tests d'ions T2.3·Gravitation, poids et masse P=mg T3.1·Sources, conversions, formes d'énergie, chaîne énergétique

PDF du sujet officiel

Une météorite est un fragment d'astéroïde qui s'écrase sur Terre. On étudie ici la masse volumique d'une météorite trouvée en Australie en 1960 (m = 631 g, V = 90 cm³) puis sa composition chimique (présence de fer).

1.Partie 1, Identifier la météorite par sa masse volumique (8 pts)

Photographie d'une météorite : un bloc de roche sombre à surface lisse et bosselée, aux reflets métalliques — Photo, Météorite découverte en Australie (1960).

Question 1

4 pts

T1.1

Montrer par un calcul que la masse volumique ρ de la météorite découverte en Australie a une valeur égale à 7,0 g/cm³.

Question 2

4 pts

T1.1

Indiquer la catégorie à laquelle appartient cette météorite et donner sa composition chimique. Justifier votre réponse.

Document 2, tableau à trois lignes : pour chaque catégorie de météorite, la plage de masse volumique en g/cm³ et la composition. Achondrite, entre 3 et 3,5, calcium, silicium et magnésium. Chondrite, entre 3,5 et 3,75, argile, calcium et silicium, teneur en métal inférieure à 35 %. Sidérite, entre 4 et 7,5, fer et nickel, teneur inférieure à 5 % — Document 2, Classement des météorites.

2.Partie 2, Choix de la solution acide (3 pts)

Pour détecter le fer, on plonge un fragment dans une solution acide : l'acide réagit avec Fe → ions Fe²⁺ + H₂.

Document 3 : pH de solutions

Vinaigre : pH = 2,6
Eau savonneuse : pH = 9,0
Eau de javel : pH = 11,5

Question 3

3 pts

T1.4

Indiquer le nom de la solution à utiliser pour détecter la présence de fer dans la météorite parmi les solutions proposées dans le document 3. Justifier la réponse.

3.Partie 3, Identifier l'ion Fe²⁺ (4 pts)

Document 4, tableau des tests d'identification des ions : pour chaque ion à identifier, le réactif utilisé, la formule chimique de l'ion testeur et la couleur du précipité formé — Document 4, Tests d'identification des ions.

Question 4

4 pts

T1.3

Schématiser l'expérience à réaliser pour vérifier la présence d'ions Fe²⁺ dans la solution, en utilisant le document 4. Indiquer le résultat attendu de l'expérience si la météorite contient du fer.

4.Partie 4, Le poids de la météorite (4 pts)

La Terre exerce une force attractive sur l'ensemble des corps qui l'entourent. Les météorites qui passent dans la zone d'influence de la Terre sont alors soumises à cette force attractive. Pour une météorite proche de la surface terrestre, la force d'attraction exercée par la Terre sur la météorite est appelée « poids de la météorite ».

Question 5

4 pts

T2.3

Cocher la bonne proposition dans chaque cas.

Le poids P de la météorite est une force exercée par la Terre : à distance / de contact.
L'intensité du poids P de la météorite s'exprime en : kilogramme / watt / newton / newton par kilogramme.
L'intensité du poids P de la météorite se calcule à l'aide de la relation : $P = m \times g$ / $P = \dfrac{m}{g}$ / $P = U \times I$ / $P = m + g$ .
Le poids P de la météorite au voisinage de la Terre est modélisé par l'un des trois schémas ci-dessous.

Trois schémas au choix, chacun montrant la Terre à gauche et la météorite à droite. Sur le premier, le vecteur P part de la météorite et pointe horizontalement vers la Terre. Sur le deuxième, il part de la météorite et pointe vers le bas de la page. Sur le troisième, il part de la météorite et pointe horizontalement à l'opposé de la Terre. — Les trois modélisations proposées du poids de la météorite.

5.Partie 5, L'énergie cinétique de la météorite (6 pts)

Lorsqu'une météorite pénètre dans l'atmosphère terrestre, les frottements avec l'air provoquent son ralentissement et son échauffement. Elle se transforme alors en boule de feu qui finit par se fragmenter en petits morceaux.

Document 5 : l'énergie cinétique

$E_c = \dfrac{1}{2} \times m \times v^{2}$

E_c : l'énergie cinétique exprimée en joule (J)
m : la masse exprimée en kg
v : la vitesse exprimée en m/s

Question 6

4 pts

T3.1

Calculer la valeur de l'énergie cinétique E_c d'une météorite d'une masse de 80 000 kg qui entre dans l'atmosphère à la vitesse de 12,8 km/s. Détailler le calcul réalisé.

Question 7

2 pts

T3.1

Indiquer comment évolue l'énergie cinétique E_c lorsque la météorite pénètre dans l'atmosphère terrestre. Justifier la réponse.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.