Devoir De Synthèse N°1 Sciences physiques Lycée de l’Environnement Beja Année scolaire : 20019/2020 Classes : 4ème Sc – 2Prof : Mr : khalfi sabeur Durée : 3 Heures CHIMIE (9 Points) : EXERCICE N°1 (5,5 Points) : On désire étudier la réaction d’estérification de l’acide éthanoïque CH3COOH par le méthanol CH3OH. Pour cela on réalise dans 10 tubes scellés, à l’instant t = 0 , n 1 mole d’acide et n 2 mole d’alcool.(n 2< n 1) avec deux gouttes d’acide sulfurique concentré. On place immédiatement les tubes dans un bain-marie maintenu à une température de 80°C . A divers instants repérés, le contenu d’un tube est versé dans de l’eau glacée puis dosé à l’aide d’une solution d’hydroxyde de sodium ( Na OH) de concentration CB = 2 mol.L-1. La courbe du figure 1 traduisant l’évolution du nombre de mole d’acide éthanoïque présents dans le mélange en fonction du temps. n(AC)=f(t) tube capillaire 1 10 bain – marie à 80°C 1- a- Ecrire l’équation de la réaction d’estérification, donner ses caractères. b- Quels sont les effets des actes suivants : des tubes capillaire? 2- a - Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié. b - Déterminer graphiquement : - la quantité de matière initiale n 1 de l’acide éthanoïque. - la quantité de matière n f de l’acide éthanoïque présent dans le mélange à la fin de la réaction. c - Déterminer l’avancement final xf de la réaction d’estérification. 3- Le taux d’avancement finale de la réaction est f = 0.845 a. Déterminer la valeur de n2 . b. Exprimer la constante d’équilibre K de la réaction en fonction de n1 , n2 et xf . Calculer sa valeur. 4- Dans une deuxième expérience, on mélange à t=0min n 0 mole d’acide et n 0 mole d’alcool a. Déterminer la valeur du taux d’avancement final 'f . b. Comparer 'f à f et en déduire, comment aurait-on pu augmenter le taux d’avancement final de la réaction d’estérification. 5- On souhaite déplacer l’équilibre c’est à dire faire évoluer le mélange vers un nouvel état d’équilibre où les proportions des constituants sont 0,1 mol d'acide éthanoïque et 0,1 mol d'éthanol, 0,2 mol d'ester et n mol d'eau. Déterminer les valeurs de n pour que le système évolue dans le sens de l’hydrolyse. EXERCICE N°2 (3,5 Points) On considère l’équilibre de dissociation de l’ammoniac représenté par l’équation suivante : 2 NH3 (gaz) 3 H2 (gaz)+ N2(gaz) 1. A une température T, on introduit n0 = 2 mol d’ammoniac (NH3) dans un récipient de volume V =190 L. a- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié b- Exprimer la constante d’équilibre K en fonction de n0, xf et v (xf étant l’avancement finale de la réaction) Calculer sa valeur sachant qu’à l’équilibre Le taux d’avancement finale f = 0,45. 2. A une température T ' < T, Le taux d’avancement finale 'f = 0,38. Indiquer le caractère énergétique de la réaction de dissociation d’ammoniac. Justifier la réponse. 3. Quelle est l'influence d'une augmentation de pression, à température constante, sur : l’équilibre du système chimique La valeur de f La valeur de K. Physique (11 Points) : EXERCICE N°1 ( 4 pts) On réalise le circuit électrique représenté par la figure 2 comportant , en série, un générateur idéal de tension de f.e.m E, une bobine d’inductance L et de résistance r, un interrupteur K et un résistor de résistance R. A la date t=0 on ferme l’interrupteur K et à l’aide d’un oscilloscope à mémoire, K on enregistre la tension uB aux bornes de la bobine, on obtient le chronogramme de la figure 3 . L,r 1- Indiquer le branchement de l’oscilloscope qui permet de visualiser la tension uB(t) aux bornes de la bobine. E 2- Etablir l’équation différentielle régissant les variations de l’intensité du R courant électrique i(t) dans le circuit. E i 3- Vérifier que i(t) = .(1- e-t/) est une solution de l’équation (r+R) Figure-2L différentielle précédemment établie avec = . (R+r) 4- Prélever du graphe de la figure 3 la fem E du générateur et la constante de temps . 5- Lorsque le régime permanent s’établit, l’intensité du courant électrique dans le circuit est Ip=0,2A a- Etablir l’expression de la tension uB lorsque le régime permanent s’établit. Déduire la valeur de r. b- Déterminer la valeur de la résistance R. c- Montrer que l’inductance L de la bobine est égale à 0,15H. EXERCICE N°2 ( 5 pts) Avec un générateur de tension idéal de f.é.m U0, un condensateur initialement déchargé de capacité C=2,5μF et une bobine d’inductance L et de résistance r, on réalise le montage électrique schématisé par la figure 1. L’inverseur k est en position 1. A une date t=0 on bascule k en position 2. La figure-2 représente l’évolution de uC(t). figure 1 figure 2 1°) a- Dans quel régime fonctionne le circuit ? b- Prélever la valeur de la pseudo-période T. c- Sachant que l’on peut assimiler la pseudo-période des oscillations à la période propre T0 du circuit oscillant (L,C ), calculer l’inductance L de la bobine. 2°) a -Etablir l’équation différentielle régissant les variations de la tension uC(t) aux bornes du condensateur. b- Rappeler l’expression de l’énergie totale de cet oscillateur et montrer qu’elle diminue au cours du temps. c- Calculer l’énergie dissipée sous forme thermique pendant la durée ∆t=t2-t1 . 3°) On refait la même expérience en remplaçant la bobine précédente par une autre bobine d’inductance L’ et de résistance négligeable tout en conservant le même condensateur. a - Etablir l’équation différentielle régissant l’évolution de la charge q(t). b - Sachant que q(t) = Qm sin( t q ) . En déduire les équations horaires de i(t) et uC(t) en fonction de Qm, C, t et q. c - Montrer que l’énergie totale du circuit reste constante au cours du temps. d - La figure-3 représente les évolutions au cours du temps de uC(t) et i(t). Montrer que la courbe C1 est celle de uC(t) et C2 est celle de i(t). En déduire les valeurs numériques de : Qm , et L’. figure-3 Etude d’un document scientifique Les plaques de cuisson par induction, ou plaque à induction, ont un fonctionnement nettement différent des plaques de cuissons classiques malgré qu’elles doivent êtres branchées à la prise du secteur. La première caractéristique frappante des plaques à induction c’est qu’en fonctionnement elles sont froides, ou très peu chaude ! A l’inverse des plaques classiques, ce ne sont pas les plaques qui chauffent dans un système à induction mais la casserole, elle même. Ce type de plaque fonctionne donc grâce aux phénomènes d’induction. C’est en 1831 que Michael Faraday découvre qu’un courant électrique est créé dans un conducteur lorsqu’il est soumis à un champ magnétique variable. C’est exactement ce qui se passe lorsque vous approchez votre casserole de la plaque, le champ magnétique variable, créé par le générateur (une bobine placé sous la plaque), engendre un courant électrique dans la paroi de la casserole. Cette dernière étant conductrice, elle s’échauffe par effet Joule. La chaleur se transmet au contenu de la casserole, et c’est ainsi que les aliments sont cuits. Malheureusement ce type de plaque est encore chère, et nécessite d’utiliser des casseroles compatibles. D’après : © 2006-2007 BRARD Emmanuel Questions : 2 points 1/ Qu’est ce qui constitue le circuit où circule le courant induit dans le dispositif d’une plaque de cuisson Par induction en fonctionnement? 2/ Préciser l’induit et l’inducteur dans le dispositif d’une plaque de cuisson à induction en fonctionnement? 3/ Pour que la plaque à induction puisse fonctionner on doit la brancher à une prise du secteur alternatif. Expliquer pourquoi ?
