CHIMIE Exercice 1 Commentaire

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1 SIENES PHYSIQUES EXAMEN DU BAALAUEAT - SESSION PRINIPALE DE JUIN 9 HIMIE Exercice SETIONS : SIENES TEHNIQUES SOLUTION Une transormation chimique est tout processus au cours duquel sont modiiées les quantités de matière de certains ou de tous les constituants du système où elle se déroule donnant lieu ainsi à l apparition de nouveaux constituants. L avancement x d une réaction est le nombre de ois que la réaction a marché depuis l état initial. La durée au bout de laquelle l avancement de la réaction atteint la moitié de sa valeur inale est appelée temps de demi réaction. La vitesse moyenne d une réaction chimique entre deux instants t et t est une grandeur qui renseigne sur la variation de son avancement x, dans l intervalle de temps [t, t ] par unité de temps, Elle est modélisée par v m = La vitesse instantanée d une réaction chimique à un instant de date t notée v (t ), est la limite vers la quelle tend la vitesse moyenne de cette réaction entre les instants de date t et t lorsque t tend vers t Elle est modélisé par : v (t )= =. - S O 8 + I - I + - SO 4 Initialement, on a : n o (S O - 8 ) n o (I - ) A la in de la réaction : n o (S O - 8 ) - x n o (I - ) x x x omposition du système : n(i ) = x ; n(so - 4 ) = x Avec n o (S O - 8 ) = V, on a : n(s O - 8 ) = V - x Avec n o (I - ) = V =,5 mol, on a : n(i - ) = x Tableau d'avancement non exigé. a) x = -3 mol b) n(i - ) = x = mol. Donc, l'iodure de potassium ne peut pas être le réacti limitant. x - c) V - x =, d'où : = = 5. mol.l V 3. a) Déinition de la vitesse : Remarque : ne pas accepter une déinition qui ne ait pas appel à l'avancement de la réaction. 3. b) v(t) est maximale lorsque la pente, de la tangente à la courbe x = (t), est maximale et ceci est possible à t = v(t) max = v(),5. -4 mol.min -

2 Exercice Une réaction d oxydoréduction, appelée couramment réaction redox est une réaction au cours de laquelle se produit un transert d électrons. L écriture de la demi- équation de la réaction qui a lieu au niveau de l une des bornes d une pile, doit se contenter d une seule lèche. Le dispositi permettant d obtenir le courant électrique grâce à une réaction chimique spontanée est une «pile électrochimique» Une demi - pile correspond à un couple redox, elle est ormée d un conducteur électronique en contact avec un conducteur ionique. En électrochimie, la orce électromotrice E d une pile est la diérence de potentiel électronique, en circuit ouvert entre la borne de droite de pile et sa borne de gauche Si E > La réaction directe est possible spontanément, c est elle qui se produit quand la pile débite du courant électrique Si E < La réaction inverse est possible spontanément, c est elle qui se produit quand la pile débite du courant électrique Si E = Il n ya pas de réaction possible spontanément la pile ne peut pas débiter du courant électrique.. Electrode en nickel Pont salin Electrode en cobalt Solution de sel de nickel Solution de sel de cobalt Symbole de la pile : + o + o. a) K = o éq éq =,5 K = = 4,65 K. b) On a : E =,3 log K = -, V Le o est plus réducteur que. (justiication exigée). c) Initialement, on a : spontanément. = o, donc E i = E < La réaction () se produira

3 3. a) E i = U =, V > donc, la réaction dans le sens () se produit spontanément. E i = E,3 log Π log Π = E - E i ; d'où : Π =,3 o et o 3. b) + o o - Etat du Avancement concentration système volumique Initial o Final y o - y + y E = E,3 log K = o y - y o.k. =, V o - K y = = + y Or, + y =.K. ( -y ) - K y = 5,35 = y,6 y 3. c) = 4.-3 mol.l - = - y y = 5,35 =,8.-3 mol.l - + =, mol.l - + o = = 3,5.-3 mol.l - PHYSIQUE Exercice Le condensateur est un composant électrique capable de stocker des charges électriques Au niveau de l établissement de l équation diérentielle dans le cas d un circuit électrique (R, RL, L, RL) un schéma avec précision du sens du courant est exigé comme élément de réponse. L intensité du courant est positive si le courant circule dans le sens arbitraire choisi et négative si le courant circule dans le sens contraire. On choisit conventionnellement la charge de l une des deux armatures du condensateur, celle vers laquelle est orienté le sens positi du courant. La réponse d un dipôle R à un échelon de tension est la charge du condensateur, n étant pas instantanée, celle-ci constitue un phénomène transitoire. 3

4 La constante de temps une grandeur caractéristique du dipôle R, elle renseigne sur la rapidité avec laquelle s établit la tension u e = E entre les armatures du condensateur. =R Sous une tension u, un condensateur de la capacité emmagasine une énergie potentielle électrique. Ec = ½ u Un dipôle R soumis à un échelon de tensions E répond par une évolution de la tension u c aux bornes du condensateur régie par la loi u c (t) = E ( e -t/ ) Toute bobine parcourue par un courant variable d intensité I est le siège d une.é.m. d autoinduction. e = - L di/dt ou Lest l inductance. L énergie magnétique emmagasinée dans une bobine parcourue par un courant d intensité i s exprime : E L = ½ Li Un dipôle RL soumis à un échelon de tension de valeur E est parcouru par un courant qui ne s établit pas brusquement, mais suite d un régime transitoire, selon la loi i(t) = E/R( e -t/ ) ou = L/R est la constante du dipôle RL. Partie I. a) Le phénomène physique qui se produit au niveau du condensateur : la charge du condensateur.. b) i R A E u R u E - u R - u = avec : u = E = u R + u = R. du dt B q ; u R = R. i ; i = dq dt = du + u E + u = dt R R t R du dt. c) Vériication en remplaçant u (t) E( e ) dans l'équation : du E + u = dt R R. a) t R u (t) E( e ) pour t = = R, on a : u (t) = E(- e - ) =,63 E = 3,5 V D'après le graphe de la ig., = 5 ms = R alors = =,5 F R. b) u (t = 5 ms) = 4,3 V E = 5V ; le condensateur n'est pas complètement chargé à cet instant t = 5 ms ; 4

5 Partie II II- - ourbe, à laquelle correspond la tension u = 5V = U max à l'instant t =, correspond à la tension aux bornes du condensateur vue que ce condensateur est initialement chargé ( à cet instant). En conséquence, la courbe correspond à la tension aux bornes du résistor. II- - a- Les oscillations du circuit R L sont pseudo- périodiques de même pseudo- période T. Il oscille sous l'eet de l'énergie initialement emmagasinée dans le condensateur, la seule source initiale, et il n'est soumis à aucune source extérieure: il est libre. L'énergie électrique totale du circuit diminue au cours du temps sous l'eet de la dissipation de l'énergie par eet joule au niveau de R, d'où l'amortissement du système. Le circuit R L série est le siège d'oscillations libres amorties de pseudo- période T. T =,4 s. II- - b- T et =,5 F L = T = 4Π L = s T 4Π =,8 H 3- a- à t = = t on a : E = u = 6,5. -6 J à t = t on a : E = Li = L( u R à t = t on a : E = Li = L( u R R R ) = 4,. -6 J ) =,5. -6 J 3- b- t t t, on a : E > E > E. L'énergie totale du système diminue au cours du temps, ce système est non conservati. 3- c- L'énergie dissipée par eet Joule, entre les instant t et t est : E - E =,6. -6 J Exercice Dans le cas d un oscillateur mécanique le schéma est indispensable pour pouvoir représenter les diérentes orces qui s exercent sur le système en question. Un oscillateur mécanique de pulsation w o (lorsque il n est pas amorti) soumis à - Un orce du rottement de valeur algébrique F = -hv - Une action extérieure variant sinusoïdalement avec la pulsation w L oscillateur est en mouvement sinusoïdal permanent de pulsation w diérente de w : est en régime orcé L équation diérentielle du mouvement est m d x/dt + hdx/dt + kx = - a - Relation ondamentale de la dynamique + mise en équation : relation vectorielle mise en équation -b- Régime d'oscillations orcées, car le résonateur oscille avec la réquence de l excitateur 5

6 - a - ourbe () correspond à F(t) car F(t) = F m sinωt et à partir de t =, F(t) commence par augmenter. - b - N =,5 Hz m =, N m = h.x m.πn X m = cm φ x = - Π / rad. - c - A chaque instant F(t) et (t) sont deux grandeurs de même valeur mais de signes contraires : leurs eets se compensent mutuellement. Par analogie électromécanique, la pulsation propre ω = la pulsation ω de l'excitateur, donc on a résonance de vitesse. L'amplitude X m est constante et en conséquence l'énergie totale du système E m = ½ k X.reste constante. m - d - ω = ω = ( ΠN ) = k m m 4 g. Exercice N 3 commentaire On appelle onde le phénomène résultat de la propagation d une succession d ébranlements dans un milieu donné. Distinguer une onde longitudinale d une onde transversale. Un ébranlement est une déormation de courte durée imposée localement à un milieu élastique. La propagation d un ébranlement est due à une transmission d énergie d un point du milieu vers un autre - - Quand la Terre tremble, les vibrations se propagent dans toutes les directions à partir du - Les ondes P vibrent dans leur direction de propagation tandis que les ondes S vibrent perpendiculairement - Les vibrations sont initialement de deux types les premières, les plus rapides (appelées ondes P) Les ondes P vibrent dans leur direction de propagation: ondes longitudinales. Les ondes S vibrent perpendiculairement et nous secouent horizontalement: ondes transversales 3 - Quand la Terre tremble, les vibrations se propagent dans toutes les directions à partir du oyer du tremblement de terre situé dans les proondeurs de la couche terrestre. En s éloignant du oyer, les ondes S vibrent perpendiculairement et nous secouent horizontalement. Autres réponses Les ondes S vibrent perpendiculairement à la direction de propagation c est pour cela qu elles nous secouent horizontalement Les ondes P soulèvent ou aaissent le sol suivant une direction verticale, puisque les ondes S leurs sont perpendiculaires alors elles nous secouent horizontalement 6

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