Professeur : S. Oueslati DEVOIR DE CONTROLE N°1 Discipline : Sciences physiques LYCEE SECONDAIRE EL FARABI Date: 27 – 10 – 2021 Durée: 2 heures Classes : 4ème M1 & 2 CHIMIE ( 7 pts) : Exercice N° 1 : On réalise la réduction de la magnétite Fe3O4 par le monoxyde de carbone CO, utilisé en excès, selon une réaction lente et supposée totale. Les couples rédox mis en jeux sont : Fe3O4/ Fe et CO2/CO. L’étude cinétique a permis de tracer les courbes d’évolution des quantités de matière des réactifs en fonction de l’avancement x de la réaction. Figure-1-. 1) En écrivant les demi-équations correspondantes, montrer que l’équation bilan de la réaction s’écrit : Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. 2) a) Identifier les courbes obtenues. Justifier la réponse. b) En déduire l’avancement final de la réaction. 3) Déterminer les quantités de matière initiales des réactifs. 4) Sur le même graphique de la figure-1-, représenter les courbes d’évolution des quantités de matière des produits obtenus en fonction de x. Exercice N° 2 : On étudie la cinétique de la réaction lente et totale entre les ions I- et les ions peroxodisulfate S2O82d’équation : 2 I- + S2O82→ I2 + 2SO42- . Pour cela on prépare à t = 0 des récipients portés à une température constante T contenant chacun. r Un volume V1 d’une solution Figure-2de KI de concentration C1. Un volume V2= 3V1 d’une 0.8 solution de K2S2O8 de concentration C2= 10-2 mol.L-1. Par une méthode appropriée on détermine le rapport avec n(I-) la quantité de matière des ions 0.4 iodure I- à l’instant t et nT la somme des quantités de matière, à cet instant, de toutes les entités présentes dans chaque récipient et intervenant dans la 0.1 t(min) réaction. Les résultats expérimentaux ont permis de tracer la courbe de variation de r en fonction du temps. Figure-2-. 1) Décrire une méthode expérimentale permettant de suivre l’évolution de cette réaction au cours du temps. 2) a) Calculer la concentration molaire initiale des ions S2O82- dans chaque récipient. b) Dresser le tableau d’évolution du système en fonction de C1 et C2 et de l’avancement volumique y de la réaction dans chaque récipient. c) Préciser, en le justifiant, le réactif limitant et en déduire l’avancement volumique final yf de la réaction. d) Montrer que . e) En déduire que C1 = 0.12 mol.L-1. 1/4 3) a) Montrer que la vitesse volumique de cette réaction est exprimée par : . b) Calculer sa valeur maximale. 4) A l’instant de date t1 la moitié de la quantité initiale de S2O82- a réagi. a) Déterminer, en (mol.L-1), la composition du mélange dans chaque récipient à cet instant. b) Déterminer la valeur de l’instant t1. PHYSIQUE ( 13 pts) : Exercice N° 1 : Y1 K NB : deux parties I) et II) sont indépendantes. I) On réalise le circuit de la figure-3- constitué de : Un générateur idéal de courant d’intensité I = 60 mA. C Un conducteur ohmique de résistance R inconnue. I Un condensateur de capacité C initialement déchargé. Un interrupteur K. R A l’instant de date t = 0 on ferme K et on procède à l’enregistrement de deux tensions sur un oscilloscope numérique, on obtient les courbes de Y2 la figure-4-. Figure-31) a) Préciser la tension visualisée sur chaque voie de l’oscilloscope. b) Identifier la courbe correspondante à la tension uNM(t). c) En déduire la valeur de R. 2) Déterminer à partir de l’autre courbe la valeur de la capacité C. 3) Si on remplace le conducteur ohmique par un autre résistance R’< R, dire si la durée de charge varie ou non. Justifier. K II) Le montage de la figure-5- comporte : Un générateur idéal de tension de fem E. Un conducteur ohmique de résistance R = 30 Ω. Un dipôle D qui peut être : R E Soit un condensateur de capacité C, initialement déchargé. uD Soit un conducteur ohmique de résistance r inconnue. Soit une association série du condensateur de D capacité C et du conducteur ohmique de résistance r. Un interrupteur K. Figure-5- A l’instant t0 = 0 on ferme K et a l’aide d’un oscilloscope numérique on suit l’évolution au cours du temps de la tension uD(t) aux bornes du dipôle D. on obtient l’oscillogramme de la figure-6-. 1) Montrer que le dipôle D ne peut être ni le condensateur de capacité C, ni le conducteur ohmique de résistance r. 2) a) Déterminer, en fonction des caractéristiques du circuit, l’intensité du courant i0 à l’instant t0= 0. b) En déduire l’expression de la tension uD , aux bornes du dipôle D, à l’instant t0 = 0. 3) a) Etablir l’équation différentielle vérifiée par l’intensité du courant i(t). b) En déduire que l’équation différentielle vérifiée par la tension uD(t) peut s’écrire : avec τ la constante de temps du dipôle (RrC). c) Trouver la forme simplifiée de la deuxième équation différentielle en régime permanent. 4) L’équation différentielle en fonction de uD(t) admet une solution de la forme : Déterminer alors les expressions de A et B en fonction de E, R et r. 2/4 . 5) En s’aidant du graphe de la figure-6-. a) Déterminer les valeurs de E et r. b) Montrer que la tangente à la courbe uD(t) au point d’abscisse t0=0 avec la droite asymptotique d’équation uD(t) = E est un point d’abscisse t = τ. c) En déduire la valeur de la capacité C. 6) Tracer sur la figure-6- l’allure de la tension uR(t) en indiquant les points particuliers. Exercice N° 2 : I/ On déplace un aimant droit devant deux faces de deux bobines identiques, parallèlement à leur axe, comme le montre la figure-7-. Ce qui provoque la déviation de l’aiguille des galvanomètres. Une fois le déplacement cesse, la déviation s’annule. 1) Expliquer l’origine de la déviation de l’aiguille de chaque galvanomètre en absence de générateur. 2) Nommer le phénomène physique mis en jeu dans cette expérience. 3) Préciser le rôle des bobines et celui de l’aimant. 4) Compléter la figure-7- en représentant : Le champ magnétique créé par l’aimant à l’intérieur de chaque bobine. Le champ magnétique induit créé par chaque bobine. Le sens du courant induit dans les deux bobines en précisant la nature de chaque face. II/ Afin de déterminer la résistance r de l’une des deux bobines, on réalise l’expérience suivante : Le circuit de la figure-8- est constitué d’un générateur de tension de fem E = 6V, de la bobine (L,r) d’un conducteur ohmique de résistance R = 10Ω , d’un voltmètre et d’un ampèremètre. On ferme l’interrupteur, l’ampèremètre indique un courant d’intensité constante I = 0.5A après un retard Δt. 1) Expliquer le retard Δt en précisant le nom du phénomène physique mis en jeu. 2) Quel est le rôle joué par la bobine après la durée Δt. Expliquer. 3) Etablir l’expression de la résistance r de la bobine en fonction de E, R et I. Calculer sa valeur. 4) Déduire l’indication du voltmètre après Δt. 3/4 E K R A L,r V Figure-8- Copie à remplir et à rendre Nom : ……………………………………. Prénom : ………………………………………………….. 4ème M ……… Figure-1- C1 uD(V) Figure-632 C2 20 Figure-4- 4 18 0 12 b 6 0 -6 a Figure-7- N S 0 0 Sens de déplacement 4/4
