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LYCEE BIR ELHAFEY
20-05-2019
SCIENCES TECHNIQUES
DEVOIR
DE SYNTHESE N°2
PROFS : BRAHMI SLAHEDDINE + JABLI MOHAMED TAHER
CHIMIE (7 points)
Exercice n°1
I. On réalise la pile de symbole : Pt/H2(P=1atm)/H3O+(1M)//Ni 2+(1M)/Ni
La mesure de sa fem donne E = 0,26 V
1) Définir le potentiel standard d’électrode d’un couple redox. En déduire E0 (Ni 2+ /Ni)
2) Faire un schéma de la pile en précisant toutes les indications nécessaires
3) Ecrire l’équation de la réaction spontanée lorsque la pile débite un courant.
II. On réalise maintenant la pile électrochimique symbolisée par :
Co/Co2+ (C1)//Ni 2+ (C2)/Ni
1) Ecrire l’équation de la réaction associée à la pile
2) Donner l’expression de la fem initiale Ei en fonction de la fem standard E0 et des
concentrations initiale C1 et C2.
3) On laisse la pile débuter un courant dans un circuit extérieur,
la courbe ci-contre représente la variation de la fem de la
pile en fonction de logπ , π étant la fonction des
concentrations relative a l’équation de la réaction associée à
la pile.
Déterminer :
a. La constante d’équilibre K relative à l’équation de la
réaction associée a la pile. Déduire la valeur de la fem
standard E0 de la pile.
b. La valeur de la fem initiale Ei de la pile.
4) Comparer les pouvoirs réducteurs des deux couples redox mis en jeu.
5) Quand la pile ne débite plus, la concentration en ion Co2+ devient alors C’1 =0,49 mol.L -1.
a. Calculer dans ces conditions la concentration C’2 en ions Ni 2+
b. Déduire les valeurs des concentrations initiales C1 et C2 sachant que les deux solutions ont
mêmes volumes et que ces volumes deviennent constants au cours du fonctionnement de
la pile.
Exercice n°2
On désire galvaniser une plaque P1 en fer, pour cela, on réalise l’électrolyse d’une solution aqueuse (S)
de sulfate de nickel. La plaque P1 constitue l’une des deux électrodes de l’électrolyseur qui contient la
solution (S). L’autre électrode est une plaque P2 inattaquable. Un générateur de tension, de fem E est
branché aux bornes de l’électrolyseur à travers P1 et P2. La solution (S) est préparée par dissolution
d’une masse m de sulfate de nickel dans de l’eau pure de façon à obtenir une solution aqueuse de
volume V= 0,5 L et de concentration C = 0,1 mol.L -1.
1) Déterminer la quantité de matière de sulfate de nickel utiliser pour préparer (S). En déduire la
valeur de la masse m de sulfate de nickel utilisée.
2) Au niveau de la plaque P2 et durant l’expérience, on note le dégagement de dioxygène, tandis
que la plaque P1 se recouvre, petit a petit, par une couche fine de nickel Ni.
a. Ecrire l’équation de la transformation chimique qui se produit au niveau de P1.
b. Donner le schéma du montage en précisant les polarités du générateur.
1
c. Préciser, en justifiant, la quelle des deux plaques P1et P2 est l’anode ?
3) Après une durée d’électrolyse, la concentration de (S) en ions Ni 2+ est de 0,04mol.L -1.
a. Calculer la mase de nickel déposée sur la plaque P1.
b. Déterminer la quantité de matière n(O2) de dioxygène dégagé, sachant que d’après
l’équation bilan de cette électrolyse on a toujours : n(Ni) = 2n(O2).
On supposera que le volume de la solution reste constant durant toute l’électrolyse.
On donne M (NiSO4) = 155g.mol -1 et M (Ni) = 59 g.mol -1.
PHYSIQUE (13 points)
Exercice n°1
L’extrémité d’une corde élastique est fixée à un vibreur qui lui communique un mouvement sinusoïdal
de fréquence N et d’amplitude a. on suppose que le mouvement de la source S débute à l’instant de
date t= 0s et que l’amortissement et toute réflexion sont négligeables.
1) Dans la liste suivante, choisir en le justifiant le mot qualifiant l’onde le long de la corde,
mécanique, longitudinale, transversale, progressive.
2) Qu’observe-t-on :
- En lumière ordinaire.
- En lumière stroboscopique lorsque la fréquence des éclaires Ne =
N
2
3) L’analyse du mouvement d’un mouvement d’un point M1 de la corde, située à la distance
x1 = 3 cm de la source donne le diagramme ci-dessous :
En utilisant ces données déterminer :
- la fréquence N de vibration.
- La date t1 à la quelle le point M1 a commencé sa vibration.
- La célérité V de propagation de l’onde.
4) Donner la définition de la longueur d’onde λ. Calculer sa valeur.
5) – Montrer que l’équation horaire du mouvement du point M1 s‘écrit :
y M1 (t) =2.10-3 sin(100πt) pour t 3.10-2s avec y en mètre et t en seconde.
- Déduire l’équation horaire du mouvement de la source S.
6) L’aspect de la corde à un instant de date t2 est donné par le diagramme ci-dessous :
¾
a. Déterminer la date t2.
b.Déterminer le nombre et les abscisses des points de la corde qui vibrent en opposition de
phase avec la source à la date t2.
7) On modifie la fréquence N du vibreur. La distance entre deux points consécutifs qui vibrent en
opposition de phase est 2 cm. Calculer la nouvelle valeur de la fréquence.
2
Exercice n°2
On réalise avec deux dipôles (D1) et (D2) le filtre schématisé sur
la figure 3. On désigne par uE(t) la tension d’entrée du filtre et par
uS(t) la tension de sortie avec uE(t) =UEmsin(2πNt) et
uS(t)=USmsin(2πNt + φ s)
La fréquence N est réglable et l’amplitude UEm est constante.
On donne sur la figure 4 la courbe représentant l’évolution du
gain en fonction de la fréquence N.
1)
a. Préciser en le justifiant, si le filtre considéré est passe-bas ou passe-haut.
b. L’un des dipôles (D1) et (D2) est un résistor de résistance R=400Ω et l’autre est
un condensateur de capacité C. Identifier chacun de ce dipôles.
c. Etablir l’équation différentielle régissant le variation de uS(t).
d. Faire la construction de Fresnel relative à cette équation différentielle.
e. Etablir l’expression de la transmittance T du filtre.
2)
a. Etablir l’expression de la fréquence du coupure NC du filtre à -3dB.
Déterminer graphiquement la valeur de cette fréquence.
b. En déduire la valeur de la capacité C du condensateur.
c.
Déduire que T =
Nc
2
2
.
Nc + N
d. Pour la fréquence N= Nc, déterminer le déphasage de uS(t) et déduire φ s. Et
préciser l’indication du voltmètre branché à la sortie du filtre.
On donne UEm= 4V.
3) On applique à l’entrée u filtre un signal (S) dont la valeur
de la fréquence est N=3000Hz. Justifier que le signal n’est
pas transmis.
4) On modifie le filtre de la figure 3 comme l’indique la
figure 5, en ajoutant un autre résistor de résistance R0 et
un amplificateur opérationnel. Le filtre obtenu est dit
actif, justifier ce qualificatif
5) La transmittance de ce filtre actif est
3
a. Déterminer les valeurs limites de la transmittance T correspondant aux bases et aux
hautes fréquences.
b. En déduire que le filtre actif est passe-bas. Ecrire alors sa transmittance maximale T en
fonction des résistances R et R0
6) A l’aide de l’expression de la transmittance T, montrer que la fréquence de coupure N’C du filtre
actif est égale à la fréquence de coupure NC du filtre de la figure 3.
7) Calculer le gain maximal G0 du filtre actif. On donne R0=250Ω.
Exercice n°3
Document scientifique
Onde sonore et propagation
Le son est une onde mécanique longitudinale puisque sa déformation est parallèle à la direction de
propagation. La propagation du son nécessite un milieu matériel élastique et compressible. Le son se
propage donc dans tous les corps liquides ou solides. En revanche, il ne se propage pas dans le vide. Le son
se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui son offertes. La célérité des ondes
mécaniques est caractéristique du milieu de propagation car elle dépend des propriétés physiques de ce
dernier à savoir son inertie et sa rigidité. L’inertie est la résistance du milieu à sa mise en mouvement et elle
est donnée par la masse linéique. La rigidité est la résistance du milieu à sa déformation.
La célérité des ondes mécaniques diminue quand l’inertie du milieu augmente et augmente quand la rigidité
du milieu augmente. Ces propriétés s’appliquent dans le cadre d’un milieu non dispersif comme l’air pour
les ondes sonores. Pour un milieu dispersif, comme l’eau, la célérité dépend en plus de la fréquence de
l’onde.
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Questions :
1. Donner avec justification deux caractéristiques de l’onde sonore.
2. Préciser les propriétés du milieu de propagation d’une onde sonore et citer deux milieux de
propagation.
3. Indiquer les facteurs dont dépend la célérité des ondes mécaniques
4. Indiquer les facteurs dont dépend la célérité d’une onde sonore dans un milieu non dispersif.
4