2009-2010 Mr Najjar

Ministère de l’éducation et de la formation
Direction régionale de l’enseignement de Nabeul
Lycée Hammam Ghezaz
Devoir de Synthèse N° 1
Date : 10 / 12 / 2009
Durée : 3H
Classe :
4è Sc.Exp
Discipline :
Sciences Physiques
Prof.
Abdelkarim Najjar
CHIMIE: (7 pts)
Exercice 1 (4pts)
L’éthanoate de méthyle est un ester utilisé comme arôme alimentaire d’odeur de banane. On fait réagir
deux espèces chimiques A et B, le réactif B est un acide carboxylique.
1/a- Quelle est la fonction chimique du réactif A ?
b- Donner les noms des réactifs A et B.
2/ On prépare dix tubes à essai propre et sec contenant chacun 2.10-3 mol de A et 2.10-3 mol de B et
quelques goutte d’acide sulfurique concentré (H2SO4). Après avoir fermer les tubes à l’aide d’un bouchon
portant un long tube jouant le rôle de réfrigèrent à air, on les introduit dans un bain marie, maintenant une
température constante. L’équation de la transformation chimique qui se produit dans chaque tube est :

 Cliq + H2O liq
Aliq + Bliq 

Compléter le tableau descriptif de l’évolution du système chimique de la feuille annexe.
3/ Après 60 min on retire un tube, on le refroidit puis on dose son contenue à l’aide d’une solution aqueuse
d’hydroxyde de sodium de concentration molaire CB= 0,1.mol.L-1. L’équivalence acide base est obtenue pour
un volume de base ajouté égal à VBE=8 mL.
a- Exprimer l’avancement x de la réaction en fonction de CB, VBE.
b- Montrer que l’avancement de la réaction à t =60 min est x = 1,2.10-3 mol.
4/ L’évolution de l’avancement x de la réaction est donnée par le graphe 1 en annexe.
a- Quelle est la valeur de l’avancement final.
b- Vérifier que la réaction est limitée.
c- Montrer que sa constante d’équilibre est K=4.
5/ On refait la même expérience en doublant la quantité de matière initiale de l’un des réactifs. Le taux
d’avancement final prend la valeur f =0,85.
a- Compléter le tableau 1 par l’une des expressions suivantes : augmente – diminue – ne change pas.
b- Déterminer la composition finale du mélange réactionnel.
Exercice 2 : Texte scientifique (3pts)
« L’extraction de l’arôme de vanille se fait grâce méthode de percolation qui consiste à faire couler de
l’éthanol sur des gousses parvenues à maturité, on obtient un extrait de vanille naturelle. Il s’agit
généralement d’un liquide constitué à 95 % de vanilline, mais aussi de centaines d’autre molécules lui
conférant ses caractéristiques gustatives. Dans le cas de la vanilline de synthèse, on fabrique, grâce à des
procédés chimiques, une molécule strictement identique à celle extraite du vanillier. La méthode la plus
répandue consiste à mettre en présence le gaïacol et l’acide glyoxylique. On obtient alors de la vanilline pure
sous forme de poudre […]
Actuellement, on estime à 12 000 tonnes la production de vanilline chaque année essentiellement destinées à
l’industrie agroalimentaire, parmi lesquelles seules 40 tonnes sont d’origine végétale. Le coût de fabrication de
la vanilline est de loin très inférieur à celui d’extraction de la même masse d’arôme de vanille. Cependant il
existe une demande croissante des consommateurs pour les arômes naturels, que la culture actuelle ne peut
satisfaire. »
Extrait du magazine des sciences Eurêka, Bayard Presse, n°49, novembre 1999
Questions :
1/ Proposer un titre au texte
2/a- Quelle est la méthode d’extraction utilisée pour extraire l’arôme de vanille naturel ?
b-Quel nom peut-on attribuer à la réaction chimique associée à ce procédé d’extraction de la vanille ?
c- Dans la synthèse de la vanilline proposée dans le texte, quels sont les réactifs et quel(s) est (sont)
le(s) produit(s) ?
3/ Pourquoi constate-on une très grande différence de saveur entre l’extrait naturel et la vanilline de
synthèse ?
4/ Pourquoi synthétiser la vanilline ?
1
PHYSIQUE : (13 pts)
Exercice 1 ( 7pts)
Au cours d’une expérience on réalise un montage électrique permettant de charger un condensateur par une
tension continue, à travers un résistor de résistance R1 ; et de le décharger dans un dipôle RL formé par une
bobine, montée en série avec un résistor de résistance R2 variable.
La liste du matériel disponible est :
- deux résistors R1 et R2.
- un générateur de tension G, de f.é.m E.
- une bobine de résistance r=10 Ω et d’inductance L.
- un condensateur de capacité C.
- un commutateur K.
1/ La figure 1 en annexe représente le schéma électrique incomplet du montage réalisé.
Compléter ce schéma.
2/ On charge le condensateur par le générateur G. A t=0, on connecte le condensateur au dipôle
RL. Ainsi un courant électrique d’intensité i circule dans le circuit.
uC (V)
uC (V)
(b)
(a)
10
10
0
0
10
t(ms)
t(ms)
uC (V)
(c)
Les variations au cours du temps de la
tension u (t) aux bornes du condensateur
C
pour différentes valeurs de R2 sont
représentées par le graphe de la figure cicontre.
Compléter le tableau 2 de la feuille annexe,
en associant chaque courbe à la valeur de R2
qui lui correspond et donner le nom du
régime d’oscillations.
10
0
t(ms)
3/ À l’origine des dates la charge du condensateur est maximale.
a- Quelle est la f.é.m E du générateur ?
b- En justifiant la réponse, déterminer la tension aux bornes de la bobine à t=0.
4/ a- Etablir l'équation différentielle régissant les oscillations électriques de la tension u (t).
C
b- Déduire le facteur responsable de l’amortissement la tension u (t).
C
c- Déterminer la valeur de la pseudo période T des oscillations de la tension u (t)?
C
5/ L’évolution de l’énergie E (t) emmagasinée par le condensateur est donnée par le graphe de la figure 2 de
C
la feuille annexe.
a- En exploitant le graphe de la figure 2. Calculer la valeur de la capacité C du condensateur.
2
b- En admettant que la période propre T0 est égale à la pseudo période, déduire la valeur de l’inductance L.
c- En justifiant la réponse, déterminer la valeur de l’énergie totale E du circuit RLC aux dates t =0 et t .
0
1
Déduire l’énergie perdue par effet joule entre ces dates .
6/ Représenter sur la figure 2, l’allure de la courbe de l’énergie magnétique et celle de l’énergie dissipée par
effet joule.
Exercice 2 (6pts)
A la date t=0, un condensateur de capacité C initialement chargé sous la tension E est relié à une bobine
d’inductance L et de résistance négligeable.
Soit q(t) la charge portée par l’armature A à la date t.
1/ Etablir l’équation différentielle régissant les variations de la charge.
2/ a- L’association bobine-condensateur constitue un oscillateur libre non amorti. Justifier les caractères
« libre » et « non amorti ».
b- Montrer que l’énergie totale Et est constante et l’exprimer en fonction de C et E.
3/ On donne ci-dessous les courbes de variations de la charge q(t) et de l’énergie magnétique Em en fonction
du carré de la charge.
(a)
q(10-6C)
q (10‫) ¬ھ‬
(b)
Em (10-6 J)
60
360
40
20
0
-20
-40
q2 (10-5C)2
-60
0
1
2
3
4
t
abcd-
36
5
(ms)
En exploitant le graphe (a), déterminer la charge maximale Qm du condensateur et la période propre To.
Justifier théoriquement l’allure de la courbe du graphe (b).
Montrer que la valeur de la capacité du condensateur C=5µF.
En déduire l’inductance L de la bobine et la valeur de la tension de charge E.
Ec(10-3J)
Ec (10‫ھ‬³ )
4/ On reproduit l’expérience de décharge d’un
condensateur dans la même bobine en utilisant un
condensateur de capacité C’ inconnue et un
générateur délivrant une tension E’ également
inconnue. L’évolution temporelle de l’énergie
électrique Ec(t) est représentée sur la figure ci-contre.
4
3
2
a- Donner la période T des oscillations de Ec(t).
b- Déterminer la capacité C’ du condensateur et
la tension E’.
1
2
4
Feuille annexe à rendre avec la copie
3
6
8
10
12
14
16
18
t
(ms)
Nom et prénom :…………………………………………………………………………..N° :………
Equation de la réaction
Etat
Aliq
+
Avancement




Bliq
Cliq
+
H2O liq
Quantité de matière en mol
Tableau 1
Xf
Xmax
K
R2
C
E
Tableau 2
R2()
10
90
1000
Courbe représentant uC
figure 1
Nom du régime de
décharge
figure 2
EC(10-4 J)
1
t(ms)
0
2
t1
4
Exercice 3
Étude d’un document scientifique
Protection des circuits inductifs
Lors de l’ouverture d’un interrupteur placé dans un circuit inductif (comportant une bobine), parcouru par
un courant intense, un arc électrique s’établit entre les deux pôles qui sont écartés l’un de l’autre. Il en est de
même avec des circuits parcourus par des courants peu intenses mais qui font l’objet de commutation rapides
(électronique). Cet arc dit étincelle de rupture est la conséquence du phénomène d’auto-induction :
l’annulation du courant dans un circuit se traduit par l’induction d’une f.é.m d’autant plus grande :
- que le courant interrompu est plus intense,
- que l’interruption est plus rapide.
Il peut en résulter une surtension importante entre les pôles des appareils de coupure. En général, il est
indispensable de remédier à cet inconvénient afin d’éviter tout danger pour le manipulateur (risque
d’électrocution) et pour le matériel. Cette protection peut être assurée par une diode.
Physique appliquée. NATHAN TECHNIQUE
Questions :
1) Dans quel type de circuit se produit l’étincelle de rupture ?
2) Quel est le phénomène physique responsable de cette étincelle ? Proposer une explication de ce
phénomène.
3) Quels sont les facteurs qui ont une influence sur l’importance de la f.é.m d’auto-induction ?
4) Citer un inconvénient de l’étincelle de rupture et les dangers qui en résultent.
5) La protection contre l’étincelle de rupture peut être assurée par un dipôle. Le nommer et donner son
symbole.
5