Chimie: SERIE N°2 (Sciences physiques) Exercice n°1 : 4èmeSc1 2010/2011 On dissout une masse mo de sulfate de fer II ( FeSO4 ) dans un excès d’eau distillée pour obtenir 500 mL d’une solution (S1). Dans le but de déterminer la concentration molaire C1 de la solution (S1), on dose un volume V1=20 mL de la solution (S1) acidifiée par l’acide sulfurique, par une solution de permanganate de potassium ( KMnO4 ) de concentration molaire C2=0,05 mol.L-1. Le volume de KMnO4 versé à l’équivalence est V2=10 mL. 1-a. Proposer un dispositif annoté de ce dosage. b. Comment repérer le point l’équivalence? 2-a. Ecrire l’équation de la réaction de dosage mettant en jeu les deux couples rédox Fe3 /Fe2 et MnO4 /Mn2 b. Exprimer C1 en fonction de C2, V2 et V1. La calculer. c. Déduire la valeur de la masse mo de sulfate de fer II ( FeSO4 ) utilisée. On donne : Les masses molaires atomiques en g.mol-1 : MC=12 ; MO=16 ; MS=32 ; MFe=56 Exercice n°2 : On prépare une solution B de permanganate de potassium (KMnO4) de masse molaire M=158g.mol-1 en dissolvant 3.16 g de KMnO4 dans 1 L d’eau. Le dosage de 10ml d’une solution A de dioxyde de soufre SO2 de concentration molaire CA nécessite 12ml de la solution B de permanganate de potassium. 1. Calculer la concentration CB de la solution B. 2. Ecrire l’équation de la réaction du dosage. 3-a. Calculer la concentration CA de la solution de dioxyde de soufre. b. En déduire le volume V1 de dioxyde de soufre dissous dans 1L de la solution A. On donne: les couples Ox/Red: MnO4-/Mn2+; SO42-/SO2; Vm =22,4 L.mol-1. Physique: Exercice n°1 : Figure-1 Voie y2 ère 1 Partie : On associe un générateur de tension variable (GBF) dont la masse est isolée de la terre, en série avec une bobine d’inductance L et de résistance interne supposée négligeable ( r 0 ) et un resistor de resistance R=1KΩ. A l’aide d’un oscilloscope bicourbe on visualise les deux tensions u1 (t) aux bornes de la bobine sur la voie y1. GBF u2 i Voie y1 site :www.chimie-physique.tk -1- masse u1 R u2(t) aux bornes de résistor sur la voie y2. Sur l’écran de l’oscilloscope on observe les oscillogramme représentées sur la figure-2 ci-contre. Le réglage de l’oscilloscope : Sensibilité verticale sur la voie y1 : 1V/Div. Sensibilité verticale sur la voie y2 : 0,5V/Div. Base du temps : 0,5 ms/Div. (L, r) R R u2 Origine Uo Origine - Uo u1 Figure-2 1. Déterminer la période T et la fréquence N de la tension délivrée par le générateur. 2. Déterminer la valeur maximale Uo de la tension aux bornes de la bobine. du2 . R dt 3. Montrer que la tension aux bornes de la bobine s’écrit : u1 (t) L . 2 4. pour t 0, T , exprimer u2(t) en fonction du temps. En déduire la valeur de L. 2èmePartie : On remplace le GBF par un générateur de tension de force électromotrice E=10V. La bobine d’inductance dont les indication du fabriquant sont L=1H et r=10Ω. Le résistor de résistance R=1KΩ. Le schéma du montage réalisé est représenté sur la figure-3 ci-contre : Une fois le paramétrage du système d’acquisition est effectuée, E on ferme l’interrupteur à l’instant de date to=0s et on enregistre l’évolution de la tension aux bornes de résistor en fonction du temps. On obtient l’enregistrement représenté sur la figure-4 ci-contre : 1°- On donne les différentes courbes susceptibles de uR (V) représenter l’intensité du courant en fonction du temps. Choisir celle qui correspond à l’évolution de l’intensité du courant en fonction du temps dans le circuit de la figure-3-, après la 10 fermeture de l’interrupteur. Justifier à partir de la courbe expérimentale donnée sur la figure-4-. 8 i (A) i (A) i (A) i Figure-3 uR uB R (L, r) Figure-4 6 4 2 t (s) (a) t (s) t (s) t (10-3 s) (c) (b) 1 2 3 4 5 2°- Quelle est l’influence de la bobine sur l’établissement du courant lors de la fermeture du circuit ? 3°- On considère que la résistance interne r de la bobine est négligeable devant R. a. Montrer que l’équation différentielle de ce circuit, au cours de la fermeture de l’interrupteur, peut s’écrire sous la forme : E u R (t) L R du R (t) . dt b. On note uR() la valeur prise par uR à l’instant de date t . Sachant que uR()0,63(uR)max ( (uR)max est la valeur maximale atteinte par uR ), déterminer à partir du graphe de la figure-4- la valeur de la constante de temps de ce circuit. c. En déduire la valeur de L et la comparer avec l’indication du fabriquant. Exercice n°2 : On réalise le circuit série de la figure-1 ci-contre comportant : Un résistor de résistance Ro=10Ω. Une bobine d’inductance L et de résistance r = 8 Ω. Un générateur idéal de tension continue de f.e.m E = 9 V. Un interrupteur K à deux positions 1 et 2. site :www.chimie-physique.tk -2- 1 E + K 2 L,r Ro Figure-1 uRo (V) Figure-2 I/.Une fois le paramétrage du système d’acquisition est effectuée, 6 on ferme l’interrupteur K sur la position 1 à l’instant de date to=0s 5 et on enregistre l’évolution de la tension aux bornes du résistor 4 en fonction du temps. On obtient l’enregistrement représenté sur 3 la figure-2 ci-contre : 2 1°-a. Déterminer la valeur de la constante du temps du circuit en 1 t (10 s) utilisant la figure-2-. Expliquer la méthode employée. 1 2 3 4 5 b. En déduire une valeur approchée de l’inductance L. c. Faut-il augmenter ou diminuer la valeur de R pour établir plus rapidement le régime permanent? Justifier la réponse. 2°- Etablir l’équation différentielle en u R (tension aux bornes du résistor) en respectant la convention -3 o récepteur pour la bobine et le résistor. 3°-a. Exprimer i (t ) en fonction de, sachant que Ro , R, E , L et t . b. Représenter l’allure de la courbe i f (t ) . II/. A un instant t = 0 s, on bascule l’interrupteur K de la position 1 à la position 2, on enregistre l’évolution de la tension aux bornes de résistor en fonction du temps. On obtient l’enregistrement représenté sur la figure-3 ci-contre : 1°-a. Etablir l’équation différentielle à laquelle obéit l’intensité i du courant dans le circuit. b.Vérifier que la solution de cette équation différentielle est de la forme : i I o .e Figure-3 uRo (V) 6 5 4 3 2 t . 1 2°-a. Etablir l’expression de la tension aux bornes de la bobine u AB (t ) . b. Représenter l’allure de la courbe u AB (t ) . 3°- Exprimer puis calculer l’énergie magnétique EL à t . site :www.chimie-physique.tk -3- t (10-3 s) 1 2 3 4 5
