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Devoir de Contrôle 1 Sciences physiques Bac Sciences exp

  Lycée de Midoun Epreuve : sciences physiques Prof : Mansouri Amor Devoir de contrôle N°1 Section  : Sciences expérimentales […]

Devoir de Contrôle 1 Sciences physiques  Bac Sciences exp

 

Lycée de Midoun Epreuve : sciences physiques
Prof : Mansouri Amor Devoir

de contrôle N°1

Section  : Sciences expérimentales 1
A S : 2021/2022 Durée : 2 heures Date :     18/11/2021

 

CHIMIE (09 points)

Exercice N° 1(04.5 points) :

« Eau oxygénée » est le nom commun du peroxyde d’hydrogène de formule chimique H2O2. Ce composé réagit avec les ions iodate de formule IO3-. La réaction se produit en milieu acide et conduit à la formation de dioxygène gazeux O2 et de diiode I2 et de l’eau. La transformation est pratiquement totale et d’équation :

5H2O2 + 2 IO3-     + 2H3O+                                  I2       +  5O2       + 8H2O

Dans un bécher, on verse, un volume V1 = 20 mL d’eau oxygénée de concentration C1, suffisamment acidifiée, puis un volume V2 = 10 mL d’une solution aqueuse d’iodate de potassium (k+, IO3- ) de concentration C2. La solution se colore progressivement en rouge-brune et on pourra donc considérer que le volume total du système chimique ne change pas durant la transformation.

L’évolution de la quantité de matière des ions iodates IO3–     est donnée par la courbe de la figure-1-

  • Définir l’avancement molaire 20
  • Justifier, si la réaction étudiée est lente 16

ou rapide.

  • Dresser le tableau descriptif d’évolution 12

du système chimique étudié, en utilisant           8

l’avancement molaire x.

  • a– En exploitant la courbe de la figure-1-,
  • 4

déterminer la valeur de la concentration molaire

C2.                                                                            0

b – Déterminer l’avancement final xf de la réaction.

  • Pour déterminer la quantité de matière de H2O2 reste dans le mélange, à l’instant de temps final tf, on opte pour un dosage manganimétrique. Pour ce faire, on prélève, à l’instant de date t = 45 min, un volume V = 10 mL de la solution contenue dans le bécher auquel on ajoute progressivement, à l’aide d’une burette graduée, une solution acidifiée de permanganate de potassium KMnO4 de couleur violette et de concentration molaire C0 = 4,5.10-3L-1. Le volume de la solution de KMnO4 utilisé pour oxyder toute la quantité de H2O2 est : V0 = 14,8 mL

L’équation de la réaction du dosage est :

2MnO4-     +   5H2O2   +   6H3O+                                    2Mn2+ (incolore) +  5O2            +14H2O

  • Légender le schéma du dispositif expérimental figure-2- sur l’annexe (à rendre avec la copie).
  • Décrire, comment on détecte expérimentalement l’équivalence.
  • Montrer que la valeur da la quantité de matière reste de H2O2 dans le mélange à tf, est :

n(H2O2) ≈ 5.10-4 mol.

  • Déduire la valeur de la concentration C1.

Exercice N° 2(04.5 points):

On mélange dans un erlenmeyer placé dans la glace, 24 mL d’acide éthanoïque CH3COOH et 24,5 mL d’éthanol C2H5OH et 0,5 mL d’acide sulfurique concentré. Le mélange est ensuite également reparti sur 7 tubes à essais surmontés chacun d’un tube capillaire (tube réfrigérant à air)) dont 6 sont placés à t = 0 dans un bain marie maintenu à une température égale à 80 °C, alors que le 7éme est laissé à température ambiante.

Substance CH3COOH C2H5OH
Masse molaire en

g.moL-1

60 46
Masse volumique en g.moL-1 1,05 0,79

 

  • a – En exploitant les données du tableau suivant, montrer que chaque tube renferme 0,06 mole d’acide et 0,06 mole d’alcool.
  • a- Ecrire l’équation de la réaction d’estérification qui se produit.
    • dresser le tableau descriptif du système dans l’un de tube à essais.
    • Déterminer la valeur de l’avancement maximal xm de cette réaction.
  • Afin de réaliser un suivi temporel de la synthèse de l’ester dans les six tubes, on dose, à des dates différentes, l’acide qui reste dans chacun des tubes par une

solution de soude NaOH de concentration molaire CB = 1 mol. L-1, en présence d’un indicateur coloré la phénolphtaléine. Avant chaque dosage on

additionne de l’eau distillée glacée. Les résultats expérimentaux des dosages successifs ont permis de tracer les courbes ci-contre, traduisant les quantités de matière d’acide restant et l’ester formé en fonction du temps.

 

  • a- Préciser le rôle de tube

b- Pourquoi on ajoute de l’eau glacée avant chaque dosage ?

20               40                  60            t(min)

 

  • L’équation chimique associée à la réaction de dosage de l’acide carboxylique restant, par la soude est la suivante : CH3COOH   + OH              CH3COO +   H2O
    • Ecrire à l’équivalence, la relation entre n(acide) restant, CB et VBeq.
    • Déduire l’expression de x en fonction de n0(acide), CB et VBeq.
    • Identifier, en le justifiant, les courbes C 1 et C 2.
  • a- Déterminer graphiquement la valeur de l’avancement final xf de la réaction.

b- Calculer le taux d’avancement final τf . Quel caractère de la réaction peut-on déduire ?

  • a- Déterminer les valeurs de la vitesse de la réaction aux instants t1 = 0 min et t2 = 20 min. b- Dire quel est le facteur cinétique qui influe sur la vitesse.

PHYSIQUE (11 points)

Exercice N° 1(06.5 points) :

Le circuit électrique de la figure-1- (voir annexe) est constitué d’un générateur idéal de force électromotrice

E, d’un condensateur de capacité C initialement déchargé, d’un conducteur ohmique de résistance R réglable.

A l’instant de date t = 0 s, on fixe la valeur de R à 100 Ω et on ferme l’interrupteur k, un système d’acquisition permet suivre l’évolution temporelle de la tension uR(t) aux bornes

du conducteur ohmique. La courbe traduisant cette évolution est donnée par la figure-2-.

  • Faire les connexions nécessaires (voies, masse) qui permettent de visualiser la tension uR (t).
  • a- Montrer que l’équation différentielle régit

l’évolution de la tension uR(t) aux bornes du conducteur

 

ohmique s’écrit sous la forme : 𝒅𝒖𝑹   𝟏= 0,avec τ = RC 𝒅𝒕     + 𝑟 uR

 

b- Vérifier que uR(t) = A. 𝒆−𝖺𝒕 est une solution de cette équation différentielle avec A et α des constantes à exprimer en fonction de E et τ.

  • a- Déterminer, en exploitant la courbe de la figure-2- :
    • la valeur de fém. du générateur E.
    • la constante de temps τ.

b – Déduire la valeur de la capacité C du condensateur.

  • a-Exprimer la tension uC aux bornes condensateur en fonction de E et uR.

b- Calculer sa valeur à l’instant t = 400 s et déduire le pourcentage de charge du condensateur à cet instant.

  • On fait varier maintenant la résistance R du conducteur ohmique du circuit précédent. Pour différentes valeurs de R, on observe une série d’oscillogrammes correspondants aux tensions précédents visualisées. Ces oscillogrammes ont permis de mesurer, pour chaque valeur de R la durée de charge Δt’ pour que la tension aux bornes du condensateur initialement décharger atteint la valeur uC = 99E.

Les résultats de mesures ont permis d’obtenir la courbe de la figure-3- traduisant l’évolution de la durée de

charge Δt’  en fonction de R.

  • En utilisant la question , exprimer uC en fonction de E, τ et t.
  • Déduire l’expression de Δt’ en fonction de τ.
  • Déterminer, en exploitant la courbe de la figure-3- (sur l’annexe) l’expression de Δt’ en fonction de R.
  • Retrouver la valeur de la capacité C. Exercice N° 1(04.5 points)

On dispose de trois lampes identiques L1, L2 et L3 de même résistance r et de trois dipôles D1, D2 et D3 de natures inconnues et pouvant être chacun soit un conducteur ohmique

de résistance R, soit un condensateur de capacité C, soit une bobine résistive (L, r)

Pour identifier ces dipôles, on réalise le circuit schématisé sur la figure ci-contre. Le générateur est supposé idéal de tension continue constante E = 6 V. lors de cette expérience, on ferme tout d’abord les interrupteurs (K1), (K2) et (K3), et ensuite l’interrupteur (K).

Les constations observées sont représentées sur le tableau de l’annexe

(à rendre avec la copie).

1°) a- En analysant ces constatations, préciser la nature exacte de chaque dipôle et compléter le tableau sur l’annexe. Justifier la réponse. b- Quelle serait l’indication d’un voltmètre branché aux bornes du dipôle (D3) ?

  • Préciser en justifiant le nom du phénomène qui se produit au niveau de dipôle (D2).
  • Les deux lampes L1 et L2 émettent la même intensité de lumière ; Que peut-on dire alors à propos des grandeurs résistives caractérisant les deux dipôles (D1) et (D2) ?

2°) dans une deuxième expérience, en utilisant un GBF délivrant une tension triangulaire, en série avec un résistor de résistance   R = 10 KΩ et une bobine d’inductance L et de résistance interne négligeable.

a – Faire le schéma du circuit en indiquant les connexions à effectuer sur un oscilloscope à fin de visualiser

uR(t) sur la voie (Y1) et uB(t) sur la voie (Y2).

b – On fait varier la fréquence N du GBF et pour chaque valeur de N on mesure le fém e d’auto-induction.

 

 

Un système d’acquisition permet de suivre et de tracer la courbe |𝒆|

𝒅𝒕

b-1) Interpréter la courbe et déterminer la valeur de l’inductance L de la bobine. b-2) Définir l’inductance d’une bobine L.

c- Calculer l’énergie emmagasinée dans une bobine lorsqu’elle est parcouru par un courant d’intensité i = 1mA.

 

 

Exercice N°1

CHIMIE

 

 

 

Exercice N°1

PHYSIQUE

 

 

 

 

 

Figure-1-

 

 

 

Exercice N°2

1-a)

 

Lampe Etat de luminosité Nature du dipôle
L1 Eclaircissement continu (D1) ……………………………………………….

……………………………………………….

 

L2

Eclaircissement continu après un certain retard  

(D2)

………………………………………………..

……………………………………………….

……………………………………………….

 

L3

Eclaircissement à la fermeture de l’interrupteur (K) puis extinction (éteinte) permanente  

(D3)

……………………………………………….

………………………………………………..

……………………………………………….

 

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