2009-2010 Mr Sayeb

Ministère de l’éducation et de la formation
Direction régionale de l’enseignement de Nabeul
Lycée Abdellaziz Al Khouja KELIBIA
Devoir de Synthèse N° 1
Date : 10 / 12 / 2009
Durée : 3H
Classe :
Discipline :
Profs.
4è M2 Sc2 T
Sciences Physiques
en commun
CHIMIE: (7 pts)
Exercice 1
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 :
Aliq + Bliq
Cliq + H2O liq
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
« 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’autres 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 12000 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-t-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
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
Déduire l’énergie perdue par effet joule entre les dates t et t .
0
1
1
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
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 une 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
3
4
6
8
10
12
14
16
18
t
(ms)
Feuille annexe à rendre avec la copie
Nom et prénom :………………………………………………………………………………………………….……….. N° :
Equation de la réaction
Etat
Avancement
Aliq
+
Bliq
Cliq
Quantité de matière en mol
+
………
H2O liq
Tableau 1
Xf
Xmax
K
R2
C
E
figure 1
Tableau 2
R2()
10
90
1000
Courbe représentant uC
Nom du régime de
décharge
figure 2
EC(10-4 J)
1
t(ms)
0
2
t1
4
5