Collège Sadiki Devoir de contrôle n° : 1 Sciences physiques Dimanche : 10 -11-2016 Durée : 2 heures 4ème Sciences Expérimentales Profs : Medyouni-Feki-Hrizi-Abid et Cherchari Chimie ( 9 pts) Partie A : A l’instant t=0 s, on considère un mélange M1 contenant : Un volume V1 = 60 mL d’une solution de peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée) H2O2 de concentration molaire C1 inconnue. Un volume V2 = 100 mL d’une solution d’iodure de potassium acidulée de concentration molaire C2. Un volume V0 = 10 mL d’une solution d’empois d’amidon. Un volume Veau = 30 mL d’eau distillée. L’équation de la réaction lente et totale qui se produit est : H2O2 + 2H3O+ + 2I- I2 + 4H2O Pour étudier la cinétique de cette réaction on prépare des prélèvements identiques de volume Vp=10 mL chacun et on dose la quantité de H2O2 restante dans chaque prélèvement par une solution de permanganate de potassium KMnO4 en milieu acide de concentration molaire C=0,1 mol.L-1. Soit V : le volume de la solution de KMnO4 nécessaire pour obtenir l’équivalence. L’équation de la réaction de dosage rapide et totale s’écrit : 2 MnO4- + 3 H2O2 + 6 H3O+ 2 Mn2+ + 4 O2 + 12 H2O Les résultats de dosage ont permis de tracer le graphe d’évolution de la concentration des ions iodures restants dans chaque prélèvement (voir figure-1- page 4 à compléter et à remettre avec la copie). 1- Quelle est la couleur prise par le mélange. A quoi est due cette couleur ? 2- Préciser en utilisant le graphe : a- La concentration molaire initiale des ions iodures dans le mélange. Déduire la quantité de matière initiale des ions I- dans chaque prélèvement. b- Le réactif limitant. 3- Dresser le tableau d’évolution de la réaction en utilisant les quantités de matière dans chaque prélèvement. ( les ions H3O+ sont en excès). 4- Calculer : a- la quantité de matière initiale d’eau oxygénée dans chaque prélèvement. b- C1 et C2. 5- Quel est le volume de KMnO4 nécessaire au dosage de l’un des prélèvements à l’instant t1=40 min ? 6a- Définir la vitesse d’une réaction chimique. b- Déterminer la valeur de la vitesse maximale de la réaction ainsi que sa valeur à t=10 min. c- Comment varie la vitesse au cours du temps ? Justifier la réponse. 7- On considère un deuxième mélange M2 contenant à l’instant t=0 s : Un volume V’1 = 20 mL d’une solution de peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée ) H2O2 de concentration molaire C’1= 0,08 mol.L-1. Un volume V’2 = 40 mL d’une solution d’iodure de potassium acidulée de concentration molaire C’2=0,2 mol.L-1. Un volume V0 = 10 mL d’une solution d’empois d’amidon. Un volume V’eau = 130 mL d’eau distillée. Faire le calcul nécessaire puis représenter sur le même graphe de la figure-1- ( page à compléter et à remettre avec la copie) la courbe d’évolution de la concentration des ions iodures en fonction du temps. 4ème Sc.Exp Page-1-/4 Physique ( 11 points ) On dispose au laboratoire d’un condensateur de capacité C inconnue, deux résistors de résistances respectives R1 et R2 inconnues. Deux groupes d’élèves se proposent de déterminer expérimentalement leurs valeurs. K I- Pour déterminer la valeur de la capacité C le premier groupe réalise un circuit électrique comportant : *Un générateur idéal de courant débitant un courant d’intensité constante I0 *Un oscilloscope numérique. *Le condensateur de capacité C inconnue. *Un conducteur ohmique de résistance R=2 K. *Un interrupteur K. A la date t=0, ils ferment l’interrupteur K et à l’aide de l’oscilloscope numérique ils visualisent les variations de la tension aux bornes du dipôle RC ( la tension uAB ), le chronogramme obtenu est donné sur la figure-1-. 1- Donner la définition d’un condensateur. 2- Établir l’expression de la tension uAB en fonction de la tension aux bornes du condensateur uC , R et I0. déduire son expression en fonction de I0, C, t et R. 3- Déterminer graphiquement la valeur de l’intensité du courant I0 et montrer que la capacité C du condensateur est égale à 100 µF. 4- Calculer à la date t=1 s, l’énergie emmagasinée dans le condensateur. 5- A partir de quel instant t0, le condensateur risque d’être détérioré sachant que la tension de claquage est égale 100 V. uAB (V) Figure-10 t(s) II- Pour déterminer les valeurs des résistances R1 et R2 le deuxième groupe réalise deux expériences à l’aide du circuit électrique schématisé ci-contre (figure-2) : Le circuit électrique est constitué par : Un générateur idéal de tension de fem E. Les deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2. Le condensateur de capacité C, initialement déchargé. Un commutateur K. Expérience 1 A un instant pris comme origine de temps (t=0), on place le commutateur K sur la position 1. 1. Établir l’équation différentielle régissant les variations de l’intensité du courant électrique i(t) en fonction du temps. Déduire l’expression de la constante de temps en fonction de R1 ; R2 et C. 4ème Sc.Exp Page-2-/4 2. La solution générale de cette équation est de la forme : i(t)=Ae-t A E et R1 R2 1 . R 2 R1 C 3. Déduire l’expression de la tension uR1 aux bornes du résistor R1. 4. Un système d’acquisition muni d’une interface et d’un ordinateur nous a permis de tracer les courbes d’évolution des tensions uR1 et uR2 en fonction du temps. (figure-3-) a- En utilisant le graphe de la figure 3, déterminer la fem E du générateur. la valeur de la constante de temps . Déduire la valeur de la résistance totale Rt= R1 + R2. b- Calculer l’intensité du courant électrique à la fermeture du circuit. c- Calculer l’énergie électrique emmagasinée dans le condensateur à t= 1s. Expérience 2 On décharge complètement le condensateur puis à un instant pris comme origine de temps (t=0 s) on bascule le commutateur K sur la position 2, le système d’acquisition nous a permis de tracer la courbe d’évolution de la tension uC aux bornes du condensateur. ( voir figure-4-) 1- En précisant la méthode utilisée, déterminer graphiquement la nouvelle valeur de la constante de temps ’. Déduire la valeur de la résistance R1. 2- Trouver la valeur de la résistance R2. 3- Déterminer à l’instant t=0,08 s : a- la valeur de l’intensité du courant dans le circuit. Préciser le sens du courant réel. b- le pourcentage de charge du condensateur. 4ème Sc.Exp Page-3-/4 Feuille à compléter et à remettre avec la copie Nom ……………………….. Prénom ………………………. [I-] (10-2 mol.L-1) 5 3,6 4ème Sc.Exp Page-4-/4 Classe ……………