ycée 7 Nouvembre. ycée Route de Gabes. Date: 13/12/28 DVIR D SYNTHS N 1 SINS PHYSIQUS lasse: 4 ème Sc exp et Sc tech Durée : 3 H Profs : Ben mahmoud.i - handoul.a Atoui.ch - Hmoudi.A Hessine.A épreuve comporte deux exercices de chimie et trois exercices de physique repartis sur 5 pages numérotées de 1 à 5. a page 5 est à remplir par le candidat et à remettre avec la copie. himie : tude d un document scientifique (inétique chimique) tude de la réaction d estérification. Physique: Dipôle R-scillations électriques ibres amorties-scillations électriques ibres non amorties. himie: (7 pts) xercice n 1 (3 pts) (tude d un document scientifique) 'eau oxygénée H 2 2 peut oxyder les colorants en donnant des produits incolores : 'est un agent de blanchiment, utilisé pour blanchir la pâte à papier, les fibres textiles, pour décolorer les cheveux avant leur teinture, Ses propriétés bactéricides la font utiliser comme agent de stérilisation dans l'industrie alimentaire et le traitement des eaux. lle intervient dans divers processus biologiques à l'intérieur de notre organisme: ainsi certaines cellules ont un système enzymatique qui, en réponse à une infection, transforme le dioxygène en eau oxygénée. 'eau oxygénée est toxique pour notre organisme si sa concentration est trop importante. 'est pourquoi l'organisme est doté d'un système de contrôle de la concentration en eau oxygénée: des enzymes peuvent la transformer en eau, ou catalyser sa décomposition. H 2 2 présente des propriétés à la fois d'oxydant et de réducteur. lle se décompose par une réaction de dismutation d'équation: 2H 2 2 2H 2 + 2 ette réaction lente à la température ordinaire et à l'obscurité, limite néanmoins la durée de conservation. lle est accélérée par élévation de la température et par la présence de catalyseurs inorganiques (Pt, Fe 3+ ) ou biologiques (les enzymes catalase et peroxydase). Questions : 1- e couple d'oxydoréduction correspondant au rôle oxydant de l'eau oxygénée est H 2 2 / H 2. Montrer que l'équation formelle de ce couple s'écrit : H 2 2 + 2H 3 + + 2e - 4H 2 2-a- Déterminer l'autre couple mis en jeu dans la décomposition de l'eau oxygénée et écrire son équation formelle. b- Retrouver l'équation de la réaction de dismutation de l'eau oxygénée. 3-a- Quels sont les facteurs cinétiques de la décomposition de l'eau oxygénée? xercice n 2 (4 pts) Données: - Masses molaires atomiques (g.mol -1 ): H=1; =12; =16. - Masse volumique de l'éthanol : ρ ét =,79 g.cm -3. - Masse volumique de l'eau: ρ eau =997,1.1-3 g.cm -3 n étudie la cinétique de formation d'un ester à partir d'acide éthanoïque et de l'éthanol. Dans un récipient contenant de l eau glacée on place des tubes scellés (munies des tubes capillaires) contenant chacun 17.3.1-3 mol d acide éthanoïque et 17.3.1-3 mol d éthanol. A l instant de date t =, on place ces tubes dans un bain marie maintenu à une température constante θ = 6. A des instants différents on tire un tube du bain marie que l on refroidit rapidement, on dose l acide restant par une solution de soude en présence de phénolphtaléine. 1- Préciser le rôle : a- Du refroidissement avant chaque dosage. b- Du phénolphtaléine. - 1 -
2-a- n utilisant les formules semi développées, écrire l'équation de la réaction d'estérification et nommer l'ester formé. b- n dispose d'un flacon de l'éthanol pur. alculer le volume de cet alcool qu'on doit verser dans chacun des sept tubes. c- Dresser le tableau descriptif d'évolution de ce système. d- xprimer la quantité de matière d'ester formé dans un tube à une date t en fonction de la quantité de matière d'acide restante. 3- e dosage de l'acide restant se fait avec une solution de soude de concentration B =2 mol. -1. a- A la date t 1 =5h, on dose le contenu d un tube, le volume de soude versé pour atteindre l'équivalence est V 1 =7 m. alculer le nombre de moles d'ester formé à la date t 1. b- e titrage des solutions contenues dans les sept tubes a permis de tracer la courbe de la figure-1 ci-dessous: 17,3 n (acide restant) (1-3 mol) Figure-1 5,8 b 1 - Dégager les caractères de l'estérification que l'on peut déduire de la courbe. b 2 - alculer les taux d'avancement final ( f ) de cette réaction et retrouver l'un de ses caractères cités dans la question précédente. b 3 - Déterminer la composition du mélange à t. b 4 - Représenter sur la figure-2 de la page-5 «à remplir et à remettre avec la copie» l allure de la courbe de variation du nombre de mole d ester en fonction du temps (n st ) t' t(h) Physique: (13 pts) xercice n 1 : (4 pts) Figure-3 (1) y 1 n réalise e montage de la figure-3 ci-contre comportant : Un résistor de résistance R o =10 Ω. Une bobine d inductance et de résistance r. Un générateur idéal de tension continue de f.e.m = 9 V. Un interrupteur K à deux positions 1 et 2. u Ro ( V ) K (2) R o (,r) Un système d acquisition adéquat permet de suivre l évolution au cours du temps de la tension ur. I/- A l instant t= s, on ferme l interrupteur K sur la position 1. a courbe qui traduit les variations de est celle de la figure-4. ur 5 4 3 2 1 Figure-4 2 4 6 8 1 12 14 16 t ( m s ) 1- Préciser, en justifiant l élément du circuit qui est responsable de retarder l établissement du régime permanent. 2-a- Déterminer, à partir de la courbe, la valeur de l intensité du courant I o en régime permanent. b- n déduire que la résistance r de la bobine, est égale à 8 Ω. - 2 -
3-a- Déterminer graphiquement la valeur de la constante du temps du dipôle R. b- n déduire la valeur de l inductance de la bobine. II/- A un instant t= s, on bascule l interrupteur K de la position 1 à la position 2. 1- tablir l équation différentielle qui régit l évolution de l intensité i du courant électrique en fonction du temps. 2- Vérifier que i( t) e est une solution générale de l équation différentielle. R r 3- tablir : a- l expression de la tension ur aux bornes du résistor en fonction de, R o, r, et t. b- l expression de la tension u B aux bornes de la bobine en fonction de, R o, r, et t. c- Remplir le tableau de la figure-5 de la page-5 d- Représenter sur le graphe de la figure-6 de la page-5 les allures des courbes correspondantes à u B et xercice n 2 : (3,5 pts) R en 1 t u R. n réalise un circuit (R) série comprenant : Un condensateur de capacité initialement chargé. Une bobine d inductance =,2 H et de résistance négligeable. Un résistor de résistance R variable. Un interrupteur K. Un oscilloscope à mémoire permet de suivre l évolution au cours du temps de la tension u. 1- n effectue une série d'expériences avec les valeurs de R figurant dans le tableau ci-contre : 13 5 haque expérience se déroule de la manière suivante : n charge le condensateur puis on le branche dans le circuit, on ferme l interrupteur et on enregistre la courbe. es courbes sont représentées sur la figure-6 ci-dessous : t(s) nregistrement n 1 nregistrement n 2 nregistrement n 3 figure-7 es enregistrements n 1, 2 et 3, ainsi qu un tableau, sont portés sur la figure-8 de la page-5- «à remplir et à remettre avec la copie». Remplir le tableau en indiquant : - a valeur de la résistance orrespondante. - a nature des oscillations «pseudo périodiques» ou «apériodiques». 2- n se place dans le cas de l enregistrement n 1. 5 a- Déterminer la pseudo-période des oscillations. nregistrement n 1 b- alculer la capacité du condensateur si l on admet que la pseudo période est pratiquement égale à la période propre T du circuit (). π c- tablir l équation différentielle de l oscillateur amortie traduisant les variations de q. d- Montrer que l énergie totale de l oscillateur n est pas conservée. e- valuer l énergie thermique dissipée dans le circuit au bout de 4 pseudo période. t(ms) - 3 -
xercice n 3 : (5,5 pts) e montage de la ci-contre, comportant: - Un générateur de f.e.m et de résistance négligeable. - Un condensateur de capacité. - Une bobine purement inductive d'inductance. 1- n ferme l'interrupteur K sur la position (1) et on visualise à l'aide d'un oscilloscope la tension u c.n obtient l'une des courbes (a), (b) ou (c), de la figure-1 ci-dessous. Figure-1 a- Préciser on le justifiant, la courbe visualisée. b- xprimer la charge maximale Q 0 du condensateur et l'énergie maximale 0 emmagasinée par le condensateur en fonction de et. 2- n bascule K sur la position (2) et on visualise la tension u aux bornes de la bobine. n obtient la courbe de la figure-11 ci-dessous : u (V) Fig-a Fig-b Fig-c Figure-11 2 t(ms) 2 π -2 a- tablir l'équation différentielle qui régit la tension u c aux bornes du condensateur. Déduire la nature des oscillations. b- Déterminer à partir de la courbe l'expression de u. c- Déduire l'expression de u c et préciser la f.e.m du générateur. 3-a- Montrer que l'énergie totale de l'oscillateur se conserve et quelle est égale à 0 de la question 1)-b-). b- a courbe de la figure-12 ci-contre : représente la variation de l'énergie électrique c emmagasiner dans le condensateur en fonction de i 2. Justifier l'allure de cette courbe. c- Déterminer: i 2 (1-4 A 2 ) c 1 - 'intensité maximale I max du courant. 2 4 6 8 1 12 14 16 c 2 - 'énergie totale 0. c 3 - 'inductance de la bobine, la capacité du condensateur et l'énergie maximale d- Représenter sur la figure-13 de la page-5 «à remplir et à remettre avec la copie». es courbes de variation de l énergie magnétique et l énergie électromagnétique en fonction de i 2. - 4-4 3 2 1 e (1-4 J) figure-12
Nom : Prénom : lasse : N 17,3 n (acide restant) (1-3 mol) Figure-2 5,8 t' t(h) u B ur t= s t Figure-5 Figure-6 t(s) figure-8 nregistrement n 1 nregistrement n 2 nregistrement n 3 R(Ω) Tableau Nature des oscillations (pseudo périodique ou apériodique) t(s) nregistrement n 1 nregistrement n 2 nregistrement n 3 e (1-4 J) Figure-13 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 16 i 2 (1-4 A 2 ) - 5 -
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