Lycée Exemple DEVOIR DE CONTROLE N°1 Zahrouni Matière : Sciences physiques Durée : 2 heures Date : novembre 2022 Classes : 4M et 4Sc.Exp CHIMIE ( 7 points ) Exercice No1 ( 4 points) : Lors d'une séance de travaux pratique, on mélange un volume V1 = 58 mL d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium Na2S2O8 de concentration C1 = 0,1 mol.L-1 avec un volume V2 = 142 mL d'une solution aqueuse d'iodure de potassium KI de concentration C2 = 0,1 mol.L-1 . Par une méthode convenable, on détermine l'avancement x de la réaction à chaque instants, se qui nous permet de tracer la courbe x = f(t) de la figure-1- de la page-4-. 1- a- Calculer les quantités des réactifs à l'état initial. En déduire le réactif limitant de la réaction. b- Compléter le tableau descriptif d'évolution du système de la figure-2- de la page-4-. c- Déterminer l'avancement final xf et l'avancement maximal xmax. La transformation est-elle totale ? 2- Définir la vitesse instantanée de la réaction. 3- a- Déterminer la vitesse maximale de la réaction, en précisant sur la courbe de la figure-1- de la page-4- , la méthode utilisée. b- En déduire la valeur de la vitesse volumique maximale. Exercice No2 ( 3 points) : On réalise l’oxydation des ions iodures I - par l’eau oxygénée H2O2 en milieu acide selon la réaction totale : 2 I - + H2O2 + 2 H3O+ I2 + 4 H2O. Trois expériences sont réalisées suivant les différentes conditions expérimentales précisées dans le tableau : Numéro de l’expérience (1) (2) (3) -3 Quantité de H2O2 en 10 mol n n n -3 Quantité de I en 10 mol 40 80 80 Quantité initiale de H3O+ en excès en excès en excès Température du milieu réactionnel en °C 20 40 20 A l’aide de moyens appropriés, on suit la variation de l'avancement de la réaction en fonction du temps au cours de chacune des trois expériences réalisés . Les résultats obtenus sont représentés par le graphe suivant de la figure-3- . x (10-3mol) 16 14 Figure-3-. c b 12 a 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 t (min) Page 1 / 4 1- a- Définir un catalyseur. b- Dire, en le justifiant, si H3O+ joue le rôle de catalyseur ou de réactif dans chacune des trois expériences. 2- Préciser, en le justifiant, la nature du réactif en défaut ; en déduire la valeur de n. 3- Attribuer, en le justifiant, chacune des courbes a, b et c, respectivement à chacune des trois expériences 1 ; 2 ; et 3 , remplir le tableau de la figure-4- de la page-4-. PHYSIQUE ( 13 points) K Exercice ( 7,5 points) : Les parties 1 et 2 sont indépendantes. A Figure-5-. N o1 B Partie -1Pour déterminer la capacité d’un condensateur on monte en série aux bornes d’un générateur de courant idéal délivrant un courant d’intensité constante I0 , un R condensateur de capacité C inconnue initialement déchargé, un résistor de résistance R inconnue, un interrupteur K ouvert et un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes du condensateur uC. figure-5A l’instant t = 0, on ferme l’interrupteur K et on mesure à différents instants la tension uC ce qui nous permet de tracer la courbe de la charge q du condensateur en fonction du uC . (figure-6-) q (10 – 5 C) 1- Interpréter la courbe obtenue. Figure-6-. 10 2- a- En déduire la relation entre q et uC. b- Déterminer graphiquement la valeur de la capacité C du condensateur. 3- Après une durée de charge t1 = 10s le voltmètre indique une valeur égale à 0,25V. Déterminer la valeur de l’intensité I0 du générateur de courant idéal. 8 6 4 2 0 0 uc (V) 0,2 0,1 0,3 0,4 0,5 Partie -2Un condensateur de capacité C1 non chargé est associé à un résistor de résistance R1. Ce dipôle R1C1 est connecté à la date t = 0 s à un générateur de tension constante E. 1- Donner le schéma du montage en indiquant le sens du courant et préciser la polarité de chaque armature du condensateur. 2- Etablir l’équation différentielle relative à la tension uC(t) aux bornes du condensateur. 3- La solution de l’équation différentielle relative à la tension est u C ( t ) = B + A e - α t où A, B et sont des constantes non nulles. a- Déterminé A, B et en fonction des données R1, C1 et E. y x b- Montrer que la tension aux bornes du résistor est uc(V) uR(V) u R (t) = E . e - t où est la constante de temps. 4- Sur l’écran d’un oscilloscope à mémoire dont les deux voies sont connectées aux bornes du résistor pour visualiser uR (t) et l’autre pour visualiser uC (t). On observe sur l’écran les oscillogrammes de la figure-7-. Figure-7-. 66 1 55 44 33 22 a- Attribuer à chaque courbe la tension correspondante. 11 b- Déduire la valeur de la tension E du générateur. 0 2 11 t(s) 22 33 44 Page 2 / 4 55t (s) 5- a- Déterminer graphiquement la valeur de la constante de temps en la courbe et la méthode utilisée. b- Calculer C1 si R1 = 10 K. 6- Déterminer l’énergie électrique EC emmagasinée par le condensateur à t = 4s. Exercice No2 ( 5,5 points) : Partie I Une bobine fermée sur un résistor est placée dans un champ magnétique d'un aimant droit comme s'est indiquée dans la figure-8-. 1- On approche l'aimant de la face A de la bobine, par son pôle sud; un courant électrique parcourt le circuit. Figure-8-. Expliquer brièvement l'apparition de ce courant. N S B A 2- a- Énoncer la loi de Lenz. b- Par application de cette loi, déterminer le sens de ce courant. c- Préciser le nom du phénomène étudié. On approche R’ Partie II Lors d’une séance de travaux pratiques, on se propose de déterminer la valeur de l’inductance L d’une bobine sans noyau de fer doux. On monte en série un conducteur ohmique de résistance R2 = 10,0 K avec une bobine d’inductance L et de résistance r négligeable. L’ensemble est alimenté par un générateur de signaux basses fréquences à masse flottante ( la masse de l’oscilloscope peut être reliée à n’importe quel point du circuit sans risque de court-circuit). Ce générateur délivre une tension périodique triangulaire de fréquence N = 250Hz. A l’aide d’un oscilloscope bicourbe, on visualise les tensions uMP (t) et uNP (t). On appelle i(t) l’intensité instantanée du courant qui traverse le circuit, le sens positif choisi est indiqué sur la figure-9- de la page-4-. 1- a- Indiquer sur le schéma de la figure-9- de la page-4- les branchements de l’oscilloscope pour visualiser sur la voie A la tension uMP (t) aux bornes de la bobine et sur la voie B la tension uNP (t) aux bornes du conducteur ohmique de résistance R2. b- Montrer que l’oscillogramme 1 de la figure-10-, 2 Figure-10-. correspond à la voie B. c- Montrer qu’il y a un phénomène d’auto-induction. 2- Les réglages de l’oscilloscope sont les suivants : Sensibilité verticale : voie A : 100 mV.div – 1 Sensibilité verticale : voie B : 2 V.div – 1 . a- Déterminer la période des tensions observées. b- Pour l’intervalle de temps [0, T ]: 2 1 0 * déterminer à partir de l’oscillogramme 1 l’expression de uNP (t). * déterminer à partir de l’oscillogramme 2 l’expression de uMP (t). c- Déduire la valeur de la fem de la bobine. 3- a- Montrer que uMP (t) peut se mettre sous la forme du (t) L uMP (t) . ( NP ) R2 dt b- Déterminer la valeur de L de l’inductance de la bobine. 4- En expliquant votre raisonnement, représenter sur le document de la figure-11- de la page-4l’oscillogramme obtenu dans le cas suivant où la valeur de L devient L1 = 0,75 H. Justifier le tracé, sachant que les réglages de l’oscilloscope demeurent inchangés. Page 3 / 4 Cette feuille est à remplir par l’élève et à rendre avec la copie. -3 x(10 mol) CHIMIE : EXERCICE -1 – 6 5 4 Figure-1-. 3 2 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 t(min) Figure-2-. Les réactifs …………… + ……………. n( S2O82- ) mol. Avancement n( I - ) mol. Les produits ……… ……. + ……………. n( I2 ) mol n( SO42-) mol 0 0 x t=0 0 n0 (S2O82-) = …….. n0(I- ) =…….. t >0 x n0 (S2O82-) ………. n0(I- )…….. ……. …….. tf xf n0 (S2O82-) ………. n0(I- )…….. ……… ………. CHIMIE / EXERCICE -2 – Figure-4-. Numéro de l’expérience La courbe correspondante (1) (2) (3) justifications PHYSIQUE : Exercice n°2 Figure-11- . Figure-9-. 0 M L P R2 N i G Page 4 / 4
