Centrale-Supélec 2021 MP Physique-chimie 2 : sujet en PDF

Sujet de l'épreuve de Physique-chimie 2 du Concours Centrale-Supélec, France, session 2021, filière MP, en 4 heures. Thème : Purification de l'eau du circuit primaire d'une centrale nucléaire : oxyde de plutonium, résines échangeuses d'ions et spectrométrie ICP-AES.

Ce que traite le sujet, partie par partie

• Partie I : le plutonium dans le combustible nucléaire MOX. Place du plutonium dans la classification, électrons de cœur et de valence, électrons célibataires et nombres quantiques ; choix de la structure cristalline de l'oxyde PuxOy, formule, coordinence, rayon ionique de Pu4+ et compacité.
• Partie II : les résines échangeuses d'ions et la purification de l'eau. Synthèse du styrène par déshydrogénation de l'éthylbenzène : grandeurs standard de réaction tirées d'un tracé de K° en fonction de 1/T, déplacement d'équilibre, conditions opératoires ; capacité d'échange d'une résine par titrage en retour suivi par pH-métrie : équations, montage et capteurs, évaluation d'incertitude et incertitude élargie.
• Partie III.A : spectroscopie et résolution. Interférences à deux trous d'Young, puis réseau de N ouvertures : différence de marche, intensité, interfrange, direction et largeur angulaire des pics, résolution du spectromètre ICP-AES.
• Partie III.B : interaction champs-plasma dans la torche. Forme intégrale des équations de Maxwell, champ magnétique de deux lames de courant, puis réponse du plasma selon un modèle non collisionnel et un modèle ohmique : équations aux dérivées partielles des champs, solutions en cosinus hyperbolique, puissance volumique cédée et comparaison à une photographie de la torche.

Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet

• Superposition d'ondes lumineuses, trous d'Young et réseau
• Optimisation d'un procédé : facteurs d'équilibre et déplacement d'équilibre
• Second principe : enthalpie libre, potentiel chimique et équilibre chimique
• Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques : grandeurs standard de réaction et effets thermiques
• Réactions acide-base
• Mesures et incertitudes
• Équations différentielles linéaires
• Fonctions usuelles et lecture des graphes

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