2008-2009 --sadiki

Collège Sadiki
Devoir de contrôle n° : 1
Samedi 15 -11-2008
Sciences physiques
4è maths et 4è Sc-exp
Profs : Obey-Fkih- et
Cherchari


On donnera l’expression littérale avant de passer à l’application numérique.
L’utilisation de la calculatrice non programmable est autorisée.
 Numéroter les questions.
Chimie ( 7 points )
A t=0 s, On introduit un volume V1=200 mL d’une solution (S1)
d’iodure de potassium KI de concentration molaire C1, un volume V2=300 mL d’une solution
(S2) de péroxodisulfate de potassium K2S2O8 de concentration molaire C2 =10-2 mol.L-1 et
quelques gouttes d’empois d’amidon. Une étude expérimentale a permis de tracer la courbe des
variations de la concentration de l’ion iodure I- en fonction du temps ( Voir figure 1).
1- a- Ecrire l’équation de la réaction chimique symbolisant la réaction d’oxydoréduction
supposée lente et totale. Préciser les couples rédox mis en jeu.
2- a- Définir la vitesse de la réaction à la date t.
b- Montrer que son expression s’écrit sous la forme
v =- Error!. Error!. Avec V
volume
du mélange réactionnel.
c- Comment varie cette vitesse au cours du temps ? Justifier.
d- Déterminer sa valeur maximale.
3- a- Définir la vitesse moyenne Vmoy de la réaction. Donner son expression en fonction de
Error! où [I-] est la variation de la concentration des ions I- pendant la durée t.
b- Calculer sa valeur entre les instants t1=0 et t2= 4 min.
4- a- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique.
b- En utilisant le graphe, déterminer la quantité de matière initiale n0(I-) dans le mélange.
Déduire la valeur de C1.
c- Définir le temps de demi-réaction(t1/2). Sachant que t1/2 = 4 min, déterminer
l’avancement final ( maximal) de la réaction.
d- Quel est le réactif limitant ?
e- Compléter la courbe de [I-]=f(t) sachant que la réaction se termine à la date tf=32min.
(voir fig 1 : page 3 à compléter et à remettre avec la copie)
Physique ( 13 points )
Exercice n° 1 : (8 pts)
Le circuit électrique représenté par la
Fig 2
figure ci-contre (fig 2) est constitué des éléments suivants :
 Un générateur de tension idéale de f.e.m E.
 Deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2.
 Un condensateur de capacité C initialement
déchargé.
E
 Un commutateur K.
I- A l’instant t=0, on place le commutateur K dans la
position 1. Un système d’acquisition approprié
permet d’obtenir les courbes de variation de la
charge q(t) du condensateur et la tension uR1(t)
aux bornes du résistor R1. (voir fig 3 et fig 4 : page 3 à compléter et à remettre
avec la copie).
1/3
1-
a- Préciser, en le justifiant, le graphe correspondant à la charge q=f(t) et celui
correspondant à la tension uR1=g(t).
b- Etablir, à un instant de date t quelconque la relation entre q, uR1, E et C.
c- Montrer qu’à la date t=0, la tension uR1 est égale à E. En déduire sa valeur (pour le
graphe de uR1(t) : 1 carreau
2 V).
d- A partir du graphe de q(t), prélever la valeur de la charge électrique maximale Qmax du
condensateur ( 1 carreau
2.10-4 C ).
2a- Définir la constante de temps  d’un dipôle RC. Montrer que  est un temps.
b- Montrer que l’équation différentielle régissant les variations de uR1 au cours du temps
peut s’écrire sous la forme Error! + uR1 =0 avec 1=R1C.
c- La solution générale de cette équation est de la forme : uR1=Ae-tDéterminer A et .
d- Montrer que lorsque le condensateur est complètement chargé, sa tension est égale à E.
Déduire la valeur de la capacité C.
3a- Déterminer graphiquement 1. Préciser la méthode utilisée.
b- Calculer la valeur de R1.
c- Calculer l’énergie électrique emmagasinée dans le condensateur lorsque uR1 = uC.
IILorsque le condensateur est complètement chargé, on bascule le commutateur K à la position
2 à un instant choisi comme nouvelle origine des dates.
1a- Ecrire la loi des mailles correspondante.
b- Montrer qu’à la date t=0, la tension aux bornes du résistor R2 est uR2 = - E.
2La tension aux bornes du résistor R2 est donnée par l’expression uR2=- E.e-t/2 avec 2 = R2C.
a- Sachant qu’à la date t2 = 4.10-2 s, la charge du condensateur est q=3,7.10-4 C.
Calculer R2.
b- Représenter sur le même graphe l’allure de la courbe représentant q en fonction du
temps au cours de la décharge. Même question pour la tension uR2(t).
Exercice n° 2 : (5 pts)
Au cours d’une séance de travaux pratiques, on dispose d’un
générateur de courant, un voltmètre, un milliampèremètre, un interrupteur, un chronomètre,
un condensateur de capacité C inconnue et un résistor de résistance R. L’objectif de cette
séance est de déterminer expérimentalement la capacité C du condensateur en représentant la
tension UC entre ses bornes en fonction du temps lorsque l’intensité du courant électrique qui
traverse le circuit est I=0,8 mA.
1- Représenter le schéma du circuit qui nous permet d’atteindre notre objectif.
2- Le condensateur est initialement déchargé, a la date t=0 on ferme le circuit et on
déclenche simultanément le chronomètre .Aux instants prévus on prélève la valeur de la
tension indiquée par le voltmètre. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau
de mesures suivant :
t(s)
0
5
10
20
30
40
UC(V)
0
1,8
3,6
7,25
11,1
14,5
a- Etablir l’expression de uC en fonction de I, C et t.
b- Tracer le graphe représentant les variations de uC en fonction du temps.
c- En utilisant le graphe, déterminer la valeur de la capacité C du condensateur.
3- Sachant que la tension de claquage du condensateur est égale à 30 V, A partir de quel
instant de charge le condensateur sera détérioré.
A compléter par l’élève et à remettre avec la copie
Nom : ………………………………………………….Prénom :……………………………..Classe : ………..
2/3
Courbe représentative de [I-] =f(t)
[I-] (10-3 mol.L-1)
Fig 1
t(min)
……….
……
….
Fig 4
Fig 3
3/3