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1 / 6 Tel : 98 972418 Le sujet comporte 5 pages numérotées de 1/5 à 5/5 La page 5/5 est à remplir par l’élève et à rendre avec la copie Chimie (9 points) Exercice 1 (5,75 points) On se propose d’étudier la cinétique chimique de l’oxydation des ions iodures I- par l’eau oxygénée H2O2 en milieu acide selon la réaction totale d’équation: 2 H3O+ + H2O2 + 2I- ⟶ I2 + 4 H2O On prépare quatre erlenmeyers notés (A), (B), (C) et (D) contenant chacun un volume V1 = 60 mL d’une solution aqueuse (S1) d’iodure de potassium KI acidifiée de concentration molaire C1 pris à une température constante θ. Expérience n 1 Détermination de la concentration C1 A l’instant t = 0, on introduit simultanément dans chacun des erlenmeyers (A), (B) et (C) un volume V2 = 40 mL d’une solution aqueuse (S2) d’eau oxygénée H2O2 de concentration molaire C2. A des dates précises, on ajoute de l’eau glacée aux contenus des erlenmeyers (A), (B) et (C) puis on dose la quantité de diiode I2 formé par une solution aqueuse (S0) de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration molaire C0 = 5.10-2 mol.L-1. Les volumes Véqui de la solution (S0 ) ajoutés à l’équivalence sont consignés dans le tableau suivant: La réaction de dosage totale et rapide, est modélisée par l’équation bilan: 2 S2O3 2- + I2 ⟶ 2 I- + S4O6 2- 1) a- Quel caractère de la réaction étudiée peut-on tirer à partir du tableau ci-dessus? Justifier la réponse. b- Préciser le rôle de l’eau glacée ajoutée au moment du dosage. En déduire les facteurs cinétiques mis en jeu. 2) a- Dresser le tableau descriptif dévolution du système chimique contenu dans l’un des erlenmeyer. b- Déterminer l’avancement maximal xmax de la réaction. Justifier la réponse. 3) A l’instant de date t1 = 3,5 min, la quantité de H2O2 présent dans l’erlenmeyer (A) est n1 = 2,1.10-4 a- Montrer que C mol. 2 = 9.10-3 mol.L-1 b- Préciser le réactif limitant dans l’erlenmeyer (A). En déduire la valeur de C . 1 . Erlenmeyer (A) (B) (C) Date (min) 3,5 39,0 50,0 Véqui 6 (mL) 12 12 2 / 6 Expérience n 2 Calcul de la vitesse de réaction. On suit au cours du temps la variation de la quantité des ions iodure I- 1) Par exploitation de la courbe du document 1, retrouver la valeur de la concentration C dans l’erlenmeyer (D). On obtient la courbe du document 1 page annexe. 1 2) a- Définir la vitesse v d’une réaction chimique. . b- Calculer sa valeur v0 à la date t0 3) On désigne par v = 7,5 min. c- A quelle date cette vitesse est maximale ? Justifier la réponse. moy la vitesse moyenne de la réaction entre les dates 2,5 min et t2. Déterminer graphiquement l’instant t2 pour lequel vmoy = v0 Exercice 2 (3,25 points) Les ions iodure I . - réduisent les ions peroxodisulfate S2O8 2- selon une réaction totale d’équation : 2 I- + S2O8 2- ⟶ I2 + 2 SO4 2- Quatre expériences sont réalisées suivant les différentes conditions expérimentales consignées dans le tableau suivant : On suit la variation du nombre de moles des ions SO4 2-formé en fonction du temps au cours de chacune des quatre expériences réalisées dont l’une est en présence des ions F3+ qui joue le rôle d’un catalyseur.. Les résultats obtenus ont permis de tracer les courbes de la figure 1. 1) Montrer que l’ion iodure I- 2) a- Donner la définition d’un catalyseur. est le réactif en excès dans toutes les expériences. b-La catalyse est-elle enzymatique ou homogène ? Justifier. 3) Montrer que les expériences mettent en évidence deux autres facteurs cinétiques qu’on précisera. 4) Attribuer chaque courbe de la figure 1 à l’expérience qui lui correspond. justifier. Physique (11 points) Exercice 1 (6,75 points) On dispose de deux résistors de résistances R1 et R2 avec R1 < R2 et d’un condensateur de capacité C. Pour déterminer les valeurs R1, R2 -Numéro de l’expérience et C, on réalise les expériences suivantes (1) (2) (3) (4) -Quantité des ions I- en 10-3 8 mol 8 8 8 -Quantité des ions S2O8 2- en 10-3 1,5 mol 3,5 1,5 3,5 -Température du milieu réactionnel en C° 30 50 50 50 - Catalyseur (F3+ Non ) avec non non Figure 1 3 / 6 Expérience 1 : Détermination de C. Le circuit électrique de la figure 2 comporte : − un générateur de courant délivrant un courant constant d’intensité I = 10 µA. − le condensateur de capacité C initialement déchargé. − un interrupteur K. A un instant de date t = 0, on ferme l’interrupteur K. Un système d’acquisition permet de suivre l’évolution au cours du temps de l’énergie électrostatique WC 1) Préciser, en le justifiant, le phénomène qui se produit au niveau du condensateur. emmagasinée par le condensateur. On obtient la courbe de la figure 3. 2) a- Exprimer WC b- En exploitant la courbe de la figure 3, déterminer la valeur de la capacité C en fonction du temps t, I, et C. Expérience 2 : Détermination des valeurs R1 et R2 . On réalise maintenant, le circuit électrique représenté sur la figure 4 qui comporte, un interrupteur K, un générateur idéal de tension de f.é.m. E et les résistors de résistances R1 et R2 Le condensateur étant déchargé, à un instant de date t = 0, on ferme l’interrupteur K. Un courant électrique d’intensité i circule dans le circuit. . 1) Les deux résistors représentés sur la figure 4, peuvent être remplacés par un résistor équivalent de résistance R0 Exprimer R . 0 en fonction de R1 et R2 . 2) L’équation différentielle régissant les variations de la tension électrique uC s’écrit : duC(t) dt + 1 τ uC (t) = α où τ est la constante du temps du dipôle (R0 a- Exprimer α et τ en fonction de R C) et α est constante. 0 b- Montrer que u , C et E. C 3) A l’aide d’un oscilloscope à mémoire, on observe les tensions représentées par les chronogrammes (C (t) = A (1- e− t τ ) est une solution de l’équation différentielle ci-dessus pour une expression de A que l’on précisera. 1) et (C2 a- Identifier, en le justifiant, les dipôles électriques qui correspondent aux chronogrammes (C ) du document 2, page annexe. 1) et (C2 b- Reproduire le schéma de la figure 4 et représenter les connexions à faire à un oscilloscope permettant d’avoir les chronogrammes (C ). 1) sur la voie Y1 et (C2) sur la voie Y2. c- En exploitant les chronogrammes du document 2 ; déterminer: Figure 2 Figure 3 Figure 4 4 / 6 − les valeurs τ et E. − en déduire la valeur de R0 d- Sachant que R . 1 + R2 = 100 Ω, déterminer les valeurs R1 et R2 4) Dans le but d’accélérer le phénomène de charge du condensateur, on propose les opérations suivantes : . Opération 1 : On branche au circuit de la figure 4 un résistor de résistance R3 = R0 en série avec le condensateur. Opération 2 : On branche au circuit de la figure 4 un résistor de résistance R3 = R0 en parallèle avec le résistor de résistance R1. Opération 3 − deux lampes électriques identiques ℓ : On augmente la f.é.m. E du générateur. Laquelle des opérations parait-elle juste ? Justifier la réponse. Exercice 2 (4,25 points) Le circuit électrique du document 3, page annexe, comporte: 1 et ℓ2 − un générateur de tension. considérées comme des résistors. − deux bobines (B1) et (B2 − un galvanomètre G. ). − un résistor de résistance R tel que R = r où r est la résistance interne de la bobine (B1 − un interrupteur K. ). − un générateur idéal de tension de f.é.m. E I) A la fermeture de K, on constate que la lampe ℓ2 atteint son éclat maximal en retard par rapport à la lampe ℓ1 1) a- Justifier l’apparition du courant électrique i et que l’aiguille du galvanomètre dévie. 1 dans la bobine (B2 b- Enoncer la loi de Lenz et représenter sur le document 3 les vecteurs champs magnétiques : inducteur B ሬ ሬ⃗ et induit b ሬ ሬ ሬ⃗ au centre de la bobine (B ). En déduire le nom du phénomène qui en découle. 2 c- En déduire, sur le document 3, la représentation du courant induit i ). 1 2) a- Quelle est l’observation qui met en évidence la production du phénomène d’auto- induction dans la bobine (B . 1 b- Prévoir ce qu’on peut observer, au niveau des deux lampes, après une durée assez longue. Justifier. ) ? Justifier la réponse. II) Entre les dates 0 et 2,5 s, la bobine (B2) d’inductance L et de résistance interne r = 10 Ω, est parcourue par un courant électrique d’intensité i(t) = - 0,2 t + 5.10-1 A l’instant de date t où uploads/s1/ devoir-de-controle-n01-sciences-physiques-bac-sciences-exp-2016-2017-mr-abdmouleh-nabil.pdf