Sujet de révision N o 4

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1 Sujet de révision N o 4 CHIMIE Exercice 1 : 1- Le dibrome Br 2 est à la fois un oxydant et un réducteur.il intervient dans les couples BrO 3 - /Br 2 et Br 2 /Br -. Préciser dans quel couple il est oxydant et dans couple il est réducteur. 2- On s intéresse à réaction entre l ion bromate (BrO 3 - ) et l ion bromure ( Br - ). Ecrire le deux demi équations d oxydoréduction concernées, puis montrer que l équation chimique de cette réaction s écrit : - BrO Br H 3 O + 3 Br H 2 O 3- On mélange V 1 = 20mL d une solution acidifiée de bromate de sodium (Na + +BrO - 3 ) de concentration C 1 = 10-2 mol.l -1, avec V 2 = 30 ml d une solution acidifiée de bromure de potassium (K + +Br - ) de concentration C 2 = mol.l -1.La quantité d ions hydronium H 3 O + introduite dans le mélange est en large excès. Le mélange est supposé constant et égal à V=50mL. a- Calculer les quantités de matières initiales introduites n i (BrO - 3 ) et n i (Br - ). b- Etablir le tableau d avancement de cette transformation en faisant apparaitre la composition molaire du mélange à l état final, dans le cas où on supposera que la transformation est totale (x=x Max ). 4- Une étude chimique a permis de tracer la courbe ci après représentant l évolution de la concentration des ions bromures dans le mélange en fonction du temps. Montrer que la réaction est limitée et qu elle tend vers un équilibre dynamique. 5- Déterminer les quantités de matières n(br - ) eq, n(bro 3 - ) eq et n(br 2 ) eq dans le mélange à l équilibre. 6- Déterminer la vitesse de la réaction Br 2 à la date t= 2 min. Exercice 2 : (Comparaison d acides) On considère trois solutions aqueuses S 1, S 2, et S 3, toutes trois à même concentration

2 C= 10-3 mol.l -1, obtenues respectivement par dissolution des acides A 1, A 2 et A 3. La mesure, dans un ordre quelconque, du ph de ces trois solutions a donné les valeurs: 3 ; 3,6 et 6,1. La constante d acidité de A 1 vaut 6, ; le pk A du couple A 3 /B 3 vaut 9,2. 1) a) Que peut-on dire de l acide A 2? Justifier. b) Calculer le pk A du couple A 1 / B 1, A 1 est-il plus fort que A 3? c) Attribuer à chacune des solutions son ph. d) Classer les bases conjuguées B 1, B 2 et B 3 par basicité croissante. 2) Etude quantitative d une solution aqueuse d acide. a) Ecrire l équation de l acide A 1 H avec l eau. b) Dresser un tableau d avancement de la réaction en fonction de l avancement volumique noté y. c) Calculer le taux d avancement final f de la réaction. Conclure. d) Déterminer les concentrations molaires des espèces chimiques présentes dans la solution S 1. PHYSIQUE (13 points) Exercice 1 : Un solide (S) de masse m est attaché à l extrémité d un ressort à spires non jointives de masse négligeable et de raideur K=20 N.m -1, l autre extrémité du ressort est attachée à un point fixe. Le système S 0 ={ (S) + ressort} est placé sur un plan horizontal (figure 1). Fig-1- (R) (S) Au repos, le centre d inertie G du solide est au point O, origine d un repère horizontal (O, i). On écarte le solide (S) d une distance Xm dans le sens positif et on le lâche sans vitesse initiale. A- Les frottements sont négligeables. 1) a- Représenter les forces exercées sur le solide (S) en mouvement à une date t quelconque lors de son passage par un point M d abscisse x. O b- Etablir l équation différentielle du mouvement et déduire l expression de la pulsation propre ω 0 de l oscillateur. c- On donne sur la (figure 2), le graphe représentant les variations de l accélération du solide (S) en fonction de l élongation x. i x

3 Déterminer graphiquement ω 0. Montrer que la masse du solide est m=200 g. d 2 x dt 2 (m.s -2 ) 0 3 x(10-2 m) -3 Fig 2 2) a- Au passage du solide (S) par une position d abscisse x sa vitesse est v, donner l expression de l énergie mécanique totale E du système S 0 en fonction de m, v, K et x. 3) b- Montrer que l énergie E est constante puis l exprimer en fonction de K et Xm. La loi horaire du mouvement est donnée par x(t)=xm.sin(ω 0 t+ϕ). 4) On donne le graphe qui représente les variations de l énergie cinétique Ec du solide en fonction du temps (figure 3). 9 Ec(10-3 J) 4,5 0 Fig 3 a- Montrer que l énergie cinétique Ec s écrit sous la forme Ec=1/4KX 2 m(1+ cos(2ω 0 t+ 2ϕ). b- Déterminer les valeurs de Xm et ϕ. Les frottements ne sont plus négligeables.

4 x(cm) 2,8 t 2 t(s) t 1-2,2 Fig 4 Le solide (S) est maintenant soumis à une force de frottement visqueux f=-hv (h=cte>0), le graphe de la figure 4 représente les variations de son abscisse x en fonction du temps. (Les conditions initiales sont les mêmes que dans la partie A). 1) Etablir l équation différentielle du mouvement de (S) en fonction de son abscisse x. 2) Montrer que l énergie totale du système diminue au cours du temps. 3) Sachant que la variation de l énergie totale du système est égale au travail de la force de frottement, calculer ce travail entre les dates t 1 et t 2. Exercice 2 : (5 points) Le circuit électrique de la figure 1, comporte : un condensateur de capacité C ; une bobine d inductance L et de résistance interne R=5Ω. L ensemble est alimenté par un générateur basse fréquence (G.B.F.) délivrant une tension sinusoïdale u(t)=u sin( ω t) telle que l amplitude U m e Max est constante et égale à 10V et la fréquence N réglable. GBF (Sens positif choisi arbitrairement) L, R C A M B Figure 1 u AM (t) u MB (t) La tension aux bornes du condensateur estu (t)=u sin( ω t+ ϕ ). MB Cmax e La tension aux bornes de la bobine estu (t)=u sin( ω t+ β ). AM Bmax e

5 Un oscilloscope bi courbe permet de visualiser la tension u AM (t) sur la voie A et la tension u BM (t)sur la voie B. On obtient l oscillogramme représenté sur la figure -2- avec deux courbes notées C 1 et C Reproduire sur votre copie la figure-1- et indiquer toutes les connexions qui permettent de visualiser à l oscilloscope les tensions u (t) et u (t). AM BM 2- On donne respectivement les expressions des impédances de la bobine et du condensateur : Z B= R +(L ω e ) et Z C=, en déduire si le circuit est inductif, capacitif ou Cω e résistif. 3- A partir des courbes obtenues, déterminer : la fréquence N du G.B.F.le déphasage entre u (t) et u (t). AM MB 4- Faire la construction de Fresnel relative aux tensions maximales des différents dipôles. On adoptera l échelle suivante : 1cm pour 2 volt. 5- Déterminer le déphasage du courant i par rapport à u(t). 6- Exprimer i(t), u AM (t) et u MB (t). 7- Calculer l inductance L de la bobine et la capacité C du condensateur. 8- Calculer la puissance moyenne consommée par l oscillateur. -Fin du sujet-

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