Devoir 5 - TuniSchool

Collège Sadiki
Samedi 08 -12-2012
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Devoir de synthèse n° : 1
Sciences physiques
4ème maths et Sc-exp
Profs : Abid, Hrizi, Feki 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.
Exercice 1 (4,5 pts):
A la date t=0 et à une température constante, on introduit dans un bécher, n1=1,45 10-2 mole
d’acide méthanoïque HCOOH et n2=9,00.10-3 mole d’éthanol C2H5OH et quelques gouttes d’acide
sulfurique concentré.
1- a- Ecrire l’équation de la réaction qui se produit en utilisant les formules semi développées.
Donner le nom de l’ester formé.
b- Quel est le rôle de l’acide sulfurique concentré ?
2- a- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système.
b- Déduire l’avancement maximal xmax de la réaction.
c- Sachant que la constante d’équilibre de la réaction d’estérification est K=4, déterminer la
composition finale du système chimique.
d- Calculer le taux d’avancement final f de la réaction.
3- On divise le mélange en 10 volumes égaux, chaque prélèvement est versé dans un tube à
essais. Par la suite, on ferme chaque tube par un bouchon troué muni d’un tube effilé. Juste
après, à instant t0 choisi comme origine des temps (t0=0), on plonge tous les tubes dans un
bain-marie maintenu à une température égale à 80°C et on suit l’évolution du système par
des dosages successifs de l’acide restant dans les différents tubes dégagés du bain-marie à
des instants convenablement choisis par une solution aqueuse de soude de concentration
molaire CB=0,1mol.L-1.
a- Préciser le rôle du tube effilé.
b- A un instant t1 le volume de base versé pour atteindre l’équivalence acido-basique est
VBE=5mL. Calculer le nombre de mole d’acide dans le mélange. Déduire la composition du
mélange à cet instant(t1).
c- Le système a-t-il atteint l’état d’équilibre chimique?
4- Dans une deuxième expérience, on mélange à t=0min, des quantités de matière égales(n0)
d’acide, d’alcool, d’ester et d’eau.
a- Déterminer le sens d’évolution spontanée de la réaction.
b- Sur le graphe de la figure 1, on a représenté deux courbes C1 et C2 correspondant à
l’évolution au cours du temps des quantités de matière d’acide et d’ester. Identifier C1 et
C2.
c- Prélever du graphe la composition initiale et finale du mélange.
d- Calculer la nouvelle valeur du taux d’avancement final ’f de la réaction. Comparer ’f et f
. Conclure.
Exercice 2 (2,5 pts)
L'estérification a été étudiée pour la première fois en 1861 par Berthelot et Armand Péan de
SaintGilles. Ils ont montré que la réaction d'estérification s'accompagnait de la réaction inverse :
l'hydrolyse de l'ester. l’estérification et l’hydrolyse se produisent dans les mêmes conditions
expérimentales. Cette réaction aboutit à un état d’équilibre dynamique.
Les esters (comme l’éthanoate de d’éthyle ) sont des espèces chimiques qui se caractérisent
souvent par une odeur fruitée. Ils sont présents dans les fruits, entrent dans la composition d'huiles
essentielles. Leur synthèse est meilleur marché que leur extraction. De ce fait, ils sont utilisés dans
la fabrication de parfums (pour champoings, savons, déodorants…), d'arômes alimentaires (yaourts,
yaourts liquides, sauces diverses…). Certains esters sont également des constituants de phéromones
d’insectes (Ex. : l’acétate d’isoamyle chez l'abeille).
1- Ecrire l’équation d’hydrolyse de l’éthanoate d’éthyle.
2- Expliquer les mots équilibre et dynamique.
3- Par quoi sont caractérisés les esters ?
4- Citer trois utilisations des esters.
Physique ( 13 points )
Exercice 1 ( 6 pts)
On réalise le circuit électrique représenté par la figure 1 comportant , en série, un générateur
de tension idéale de f.e.m E, une bobine d’inductance L et de
A
K
résistance r=, un interrupteur K et un résistor de résistance R.
A la date t=0 on ferme l’interrupteur K et à l’aide d’un oscilloscope à
L,r
mémoire, on enregistre la tension uB aux bornes de la bobine, on
obtient le chronogramme de la figure 3 .
B
E
1- Indiquer le branchement de l’oscilloscope qui permet de
R
visualiser la tension uB(t) aux bornes de la bobine.
2- Etablir l’équation différentielle régissant les variations de
i
l’intensité du courant électrique i(t) dans le circuit.
M
Fig 2
3- Vérifier que i(t) = E/(r+R).(1- e-t/) est une solution de l’équation
différentielle précédemment établie avec =L/(R+r).
4- Prélever du graphe de la figure 3 la fem E du générateur et la constante de temps .
5- Lorsque le régime permanent s’établit, l’intensité du courant électrique dans le circuit est
Ip=0,2A
a- Etablir l’expression de la tension uB lorsque le régime permanent s’établit. Déduire la valeur
de r.
b- Déterminer la valeur de la résistance R.
c- Montrer que l’inductance L de la bobine est égale à 0,15H.
UB(v)
6
5
Figure-3-
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
t(ms)
Exercice 2 ( 7 pts)
Un circuit électrique comporte :
- Un génerateur idéal de tension de fem E.
- Trois conducteurs ohmiques de résistances R, R1 et R2 ( R2 variable).
- Deux dipoles D1 et D2 qui peut chacun d’eux etre soit un condensateur de capacité C soit une
bobine d’inductance L et de résistance r.
- Deux interrupteurs K1 et K2.
- Un ampermetre A et un voltmetre V.
Branchés comme l’indique le schéma de la figure suivante :
I- Les interrupteurs K1 et K2 sont fermés ;lorsque le courant électrique s’etablit dans le circuit
(en régime permanent) on remarque que l’ampermetre A indique une intensité I=0,4A et
le voltmetre V indique une tension nulle.
Montrer que le dipole D1 est un condensateur et que le dipole D2 est une bobine.
1- On ouvre l’interrupteur K2 ;montrer que UD1=E
2- On ouvre K1 et a un instant pris comme origine de temps on ferme K2.Quel est le
phénomene observé.
3- On donne le graphe de uR2(t)