CHIMIE ( 7 pts ) Exercice 1 1- Dans une enceinte de volume V=2L, on introduit 0,6 mol de COCl2 à l’état gazeux à une température T1 = 250°C et à une pression P. A l’équilibre, le nombre de mole totale gazeux est égal à 0,94 mol. a- Compléter le tableau descriptif relatif à cette réaction chimique sur la page -4-. b- Déterminer l’avancement final de cette réaction chimique c- Déduire la composition du système chimique à l’équilibre dynamique. d- Calculer la constante d’équilibre K1 de la réaction à la température T1. 2- Le système étant en équilibre dynamique à la température T1 ; on fait varier sa température à une valeur T2 = 450°C mais sa pression est maintenue constante ; la constante d’équilibre K2 de la réaction devient supérieure à K1. a- Déduire en justifiant la réponse, le caractère énergétique de la réaction de dissociation de COCl2. b- Comment varie le taux d’avancement final 𝜏f lorsqu’on augmente la température ? 3- Comment se déplace le système lors d’un ajout de la quantité de CO à l’équilibre ? 4- Une variation de la pression du système à la température T2 déplace l’équilibre dans le sens de la réaction de synthèse de COCl2. Dire, en faisant appel aux lois de modération, si cette variation de pression est une augmentation ou une diminution. Exercice 2 On se propose d'étudier la réaction d’estérification de l’acide éthanoïque CH3COOH avec l’éthanol CH3CH2OH. Cette réaction est modélisée par l’équation suivante : Une étude expérimentale réalisée sur des échantillons comportant chacun 17,2.10-3 mol d’éthanol et 17,2.10-3 mol d’acide éthanoïque, a permis de déterminer l’avancement final xf de la réaction, xf = 11,5.10-3 mol. 1- a- Compléter le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié à la page annexe. b- Déterminer l’avancement maximal xmax de la réaction d’estérification. c- En déduire le taux d’avancement final τf de cette réaction. La réaction étudiée est-elle totale ou limitée ? Justifier. 2- a- Exprimer la constante d’équilibre K de la réaction d’estérification en fonction de τf. b- En déduire la valeur de la constante d’équilibre K. 3-Dans les mêmes conditions expérimentales, on refait l'étude précédente, mais avec un mélange composé initialement de 34,4.10-3 mol d’éthanol et 17,2.10-3 mol d’acide éthanoïque. Dire, en le justifiant, si les affirmations ci-dessous sont vraies ou fausses. - Affirmation 1 : le taux d’avancement final τf de la réaction reste inchangé. - Affirmation 2 : la valeur de la constante d'équilibre K augmente. PHYSIQUE ( 13 pts ) Exercice 1 I//Etude d’un dipôle RL : Etablissement du courant : On dispose des appareils suivants : -Un générateur de fem E=2V. - Une bobine d’inductance L et de résistance interne r=18Ω - Un résistor de résistance R=2Ω. Un interrupteur K. On voulait étudier l’établissement du courant i dans le circuit de la figure 1, pour cela on veut s’aider d’un oscilloscope. 1- Quelle tension faut-il analyser à l’aide d l’oscilloscope ? Refaire le schéma du montage et préciser les connexions qu’on doit faire. 2- La mesure effectuée a permis de tracer la courbe i = f(t)donnée sur la figure 2 (voir feuille annexe). 𝑹+𝒓 𝒕 L’étude analytique de ce circuit conduit à une équation différentielle dont la solution est i(t)= I0.( 1-𝒆 𝑳 ) a- Donner la valeur de l’intensité de courant I0 en régime permanent et vérifier la valeur de la fem E du générateur. b- Donner l’expression de la constante de temps 𝜏 de ce circuit en fonction de R, r et L. c- Déterminer graphiquement la valeur de cette constante et déduire la valeur de l’inductance L. II// Etude des oscillations libres d’un circuit RLC Le circuit de la figure 1 a été modifié afin d’obtenir le montage donné par la figue 3 ci- dessous. On ferme l’interrupteur K1 pendant quelques secondes, ainsi la charge de l’armature A du condensateur passe de 0 à une valeur Q0 = 8.10-7 C. 1- Pourquoi a-t-on d’abord fermé K1 ? 2- a- Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur. b- Calculer à cet instant l’énergie électrostatique Ec emmagasinée par le condensateur. 3- On ouvre K1 et on ferme K2, on obtient l’oscillogramme donné sur la figure 6. a- A partir du graphique de la figure 6 , déterminer la pseudo- période T. b- En admettant que la pseudo-période T est pratiquement égale à la période propre T0 des oscillations libres non amorties. Rappeler l’expression de la période propre T0 en fonction de L et C et déduire la valeur de la capacité C du condensateur. 4- Quel est le dipôle responsable de la diminution de l’amplitude de Uc(t) au cours du temps. 5- Calculer la perte d’énergie dans l’oscillateur entre les instants de dates t=0 et t=1ms. Exercice 2 A l’instant de date t=0, on relie une bobine d’inductance L et de résistance interne nulle à un condensateur de capacité C préalablement chargé. On obtient la courbe de la figure 1 qui donne les variations de la tension Uc(t) aux bornes du condensateur (Voir feuille annexe). 1-a- En exploitant la courbe de la figure 1, Déterminer la période propre T0 des oscillations. En déduire la valeur de la pulsation propre 𝜔0 des oscillations. b- Sachant que la tension Uc(t) évolue selon la loi : uc(t) =Ucm sin(𝜔0t + 𝜑) , Déterminer Ucm,𝜔0 et 𝜑. 2- On donne la courbe de variation de l’énergie électrostatique Ec de l’oscillateur en fonction du courant i (voir figure 2). a- Déterminer l’expression de l’énergie Ec emmagasinée par le condensateur en fonction de l’énergie totale E, de l’inductance L et de l’intensité i du courant. b- Déterminer la valeur de l’énergie totale E et de l’inductance L. c- Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur. Exercice 3 : Document Scientifique : Les condensateurs électrolytiques Un condensateur électrolytique est essentiellement constitué de deux armatures et d’un diélectrique. L’une des armatures de ce condensateur est une électrode en aluminium et elle constitue sa borne positive. L’autre armature de ce condensateur est réalisée avec un électrolyte retenu par un papier spécial. Une couche d’alumine (oxyde d’aluminium isolant) recouvre l’électrode d’aluminium et constitue le diélectrique du condensateur. La borne négative du condensateur assure, simplement, la connexion avec l’électrolyte. Ce type de condensateur est polarisé. De ce fait, il doit être correctement branché dans un circuit en respectant la polarité indiqué sur le boitier. Si l’on inverse la polarité de la tension appliquée, la couche d’alumine est attaquée. La destruction de la couche d’alumine peut entrainer le « claquage » du condensateur. Les condensateurs électrolytiques sont essentiellement utilisés en courant continu (réservoir d’énergie, flash photographique, etc. …). Questions : 1°) Préciser, la nature de chacune des deux armatures d’un condensateur électrolytique. 2°) Dire, quelle précaution faut-il prendre lors de l’insertion dans condensateur électrolytique dans un circuit électrique comportant un générateur. 3°) donner les conséquences du non respect de la polarité du condensateur lors de son utilisation. 4°) Proposer une méthode expérimentale permettant de déterminer la valeur de la capacité d’un condensateur. CHIMIE EXERCICE 1 EXERCICE 2 PHYSIQUE EXERCICE 1 EXERCICE 2
