Sciences physiques. Collège Sadiki Devoir de contrôle n : 2. 4ème maths. Mediouni-Feki et Cherchari. Chimie ( 7 points )

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1 Collège Sadiki Devoir de contrôle n : 2 Samedi Sciences physiques 4ème maths Profs : Abid- Hrizi- Mediouni-Feki et Cherchari Chimie ( 7 points ) Exercice 1 : (4 pts) A l instant t=0 et à une température T 1, on introduit 0,8 mole de carbonate de calcium solide et 1,2 mole de dioxyde de carbone gazeux et de l eau dans une enceinte de volume constant. On obtient un système en équilibre chimique schématisé par l équation : CaCO 3 (sd) + CO 2 (g) + H 2 O(aq) 2 HCO - 3 (aq) + Ca ++ (aq) 1- Enoncer la loi de modération. 2- Dresser le tableau descriptif d évolution de la réaction chimique précédente. 3- Un dispositif approprié permet de suivre l évolution de la quantité de matière de dioxyde de carbone au cours du temps. Les résultats des mesures sont consignés dans le graphe de la figure-1-. Courbe C 1. a- Déterminer la composition molaire finale du système chimique lorsque l équilibre chimique est établi. b- Calculer le taux d avancement final 1f de la réaction. 4- On répète la réaction précédente à une température T 2 <T 1, un nouvel état d équilibre s établit et la courbe d évolution de la quantité de matière de dioxyde de carbone au cours du temps est représentée sur la figure-1-.courbe C 2. a- Calculer le taux d avancement final de la réaction à la température T 2. b- Que peut-on conclure quant au caractère énergétique de la réaction étudiée. Justifier la réponse. c- Comparer sans calcul K 1 et K 2. 5-La température étant maintenue constante et égale à T 2, quel est l effet d une diminution de la pression sur l équilibre du système chimique? 6-Quel est l effet d une dilution sur l équilibre du système chimique à température et à pression constantes. Exercice 2 : (3 pts) Toutes les solutions sont prises à la température 25 C, température à laquelle pke = 14. On dispose de quatre solutions S 1, S 2, S 3, et S 4 Solution C(mol.L -1 ) ph S 1 (HCl) C 1 2,90 S 2 (CH 3 COOH ) C 2 = 0,10 2,90 S 3 ( HCOOH ) C 3 = C 2 2,40 1- Etablir l expression du taux d avancement final de la réaction de dissociation d un acide AH en fonction de ph et la concentration molaire C. 2- Montrer que l acide CH 3 COOH est faiblement ionisé. 3- a- Sachant que l acide chlorhydrique est fort, comparer sans calcul C 1 et C2. Justifier. b- Calculer C a- Etablir la relation suivante : K a =C. f 2 pour un acide faiblement ionisé. Calculer le pka du couple CH 3 COOH/CH 3 COO -

2 b- En utilisant la relation précédente, montrer que la dilution favorise l ionisation d un acide faible. 5- Calculer le taux d avancement final 3f de l acide méthanoïque. Dire, en le justifiant, si HCOOH est plus fort ou plus faible que CH 3 COOH? Physique ( 13 points ) Exercice 1 ( 5 pts) : Un circuit électrique LC est constitué par : - Un condensateur, de capacité C. - Une bobine d inductance L et de résistance négligeable. - Un interrupteur K. On charge le condensateur ( K ouvert) tel que l armature A porte la charge L Q 0. A la date t=0s, on ferme l interrupteur K 1- a- Etablir l équation différentielle régissant les variations de la tension aux bornes de la bobine. b- Montrer que u L (t)=u Lm sin( 0 t + ul ) est solution de l équation différentielle à condition que Déduire l expression de la période T 0 des LC oscillations. c- Déduire l expression de la tension u C aux bornes du condensateur en fonction de L, 0, I m et UL. Avec I m amplitude de l intensité du courant dans le circuit. 2- A l aide d un dispositif informatisé branché aux bornes du circuit on a pu tracer la courbe représentant les variations, au cours du temps, du carré de la charge emmagasinée par le condensateur q 2 en fonction de u 2 L. (voir figure-2-) a- Justifier théoriquement l allure de la courbe représentant q 2 =f(u 2 L ). b- Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur. 3- Dans cette question on donne la courbe d évolution de l énergie magnétique E L en fonction du temps.( figure 3). T0 a- Montrer que l énergie magnétique E L est périodique de période T. 2 b- En utilisant le graphe, déterminer 0, L et Q 0. A i C q B K 2,5 E L (10-4 J) Figure s t(s) Exercice 2 ( 8 pts ) : Un circuit série est formé par : - Une bobine d inductance L et de résistance r inconnue. - Un conducteur ohmique de résistance R. - Un condensateur de capacité C=5 µf. - Un générateur de basses fréquences délivrant une tension alternative sinusoïdale u(t)=u m sin(2 Nt) de fréquence N réglable et de valeur maximale U m =constante.

3 L intensité instantanée du courant électrique qui circule dans le circuit est i(t)=i m sin(2 Nt + i ). di(t) L'équation reliant i(t), sa dérivée première et sa primitive dt idt est : di(t) 1 (R+ r)i(t) +L + dt C idt = u(t) 1- Représenter le schéma du circuit électrique et indiquer par un tracé clair les connexions à un oscilloscope permettant de visualiser simultanément la tension u(t) sur la voie Y 1 et la tension u C (t) sur la voie Y a- Pour une valeur N 1 =50 Hz de la fréquence N, on observe sur l écran de l oscilloscope les oscillogrammes de la figure ci-contre Déterminer l amplitude U cm de la tension u c (t) et calculer la valeur de l amplitude I m de l intensité du courant dans le circuit. La sensibilité verticale pour les deux voies est : 5V.div -1. b- Calculer le déphasage angulaire de la tension u(t) par rapport à u c (t), = u - uc. c- Montrer que le circuit est capacitif. 3- a- Faire la construction de Fresnel correspondant à l équation différentielle précédente. On prendra l axe des phases horizontal dirigé vers la droite. Echelle 2V 1cm b- En déduire la valeur de l inductance L. Courbe C 2 Courbe C 1 c- Sachant que le déphasage de la tension aux bornes de la bobine par rapport à l intensité du courant est φ ub -φ i = 0,48, déterminer r et R. 4- On fait varier la fréquence N, pour une valeur N 2 de N on constate que u(t) est en quadrature avance de phase sur u c (t). a- Montrer que le circuit électrique est dans un état de résonance d intensité. Calculer N 2. b- Etablir l expression de l intensité du courant en fonction du temps. c- Montrer que l énergie électromagnétique E de l oscillateur RLC étudié est constante au cours du temps. Calculer sa valeur. d- Calculer la puissance électrique moyenne consommée par le circuit. e- Y-a- t-il surtension?

4 page à compléter et à remettre avec la copie Nom et prénom :..Classe : Echelle : 5V 2 cm

5 O B /5 + A Figure-4- Axe des phases =0