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Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Page 1/4 La présentation, le soin et la rédact

Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Page 1/4 La présentation, le soin et la rédaction seront pris en compte pour un point dans la notation. Justifier en expliquant votre démarche si cela est nécessaire. Tout calcul doit être précédé de la formule utilisée. La valeur numérique prise par une grandeur physique est toujours suivie d’une unité. Respecter la notation des grandeurs utilisées dans l’énoncé. EXERCICE I (7points)  35min Barème 0,50pt 0,75pt 0,75pt L'acide chlorhydrique a plusieurs utilisations telle l’élimination de dépôts de calcaire dans divers appareils et dans les conduites d'eau. Le calcaire, principalement constitué de carbonate de calcium ( ), réagit avec une solution d'acide chlorhydrique selon la réaction totale d'équation : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) On se propose d'étudier dans l'exercice la cinétique de cette réaction. Pour cela on réalise dans un ballon, à la date t = 0, le mélange d'une quantité de matière de carbonate de calcium ( ) avec un excès d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique ( ( ) ( ) ). On obtient ainsi un de volume Vs= 100 mL - la figure 1 - Au cours de l'expérience on maintient la température et la pression du gaz recueilli constantes: T=25°C= 298K et P=1,02.105 Pa . Le dioxyde de carbone formé est recueilli dans une seringue. Le graphe de la figure 2 représente la variation du volume V( ) de dioxyde de carbone dégagé en fonction du temps. Figure 1 : Montage expérimental Figure 2 : Evolution du volume de en fonction de temps Remarque : La droite (T) représente la tangente à la courbe au point d'abscisse t=0. Données : - On considère que le volume du mélange réactionnel reste constant. - On suppose que le dioxyde de carbone recueilli est un gaz parfait et on rappelle que l'équation d'état des gaz parfaits est :P.V=n.R.T . - On donne la constante des gaz parfaits : R=8,3 S.I. 1- Proposer deux techniques convenables, autre que la mesure du volume de gaz, qui permettrait le suivi temporel de l'évolution du système chimique étudié. Justifée la réponse ? 2- Soit n0( ( )) la quantité de matière initiale de carbonate de calcium et n1( H3O+) la quantité de matière initiale des ions oxonium. Recopier le tableau d’avancement suivant et compléter-le. Équation chimique ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) État du système Avancement Quantités de matière (en mol) initial x = 0 En excès au cours de temps x(t) État final xmax 3- En utilisant le tableau d'avancement de la réaction et l'équation d'état des gaz parfaits, montrer, dans le système d'unités international, que l'expression de l'avancement x de la réaction à une date t s'écrit : x(t)= 41,2.V( ( ) ) . Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Année scolaire 2019-2020 Niveau : 2éme BAC Durée : 2 Heures Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Page 2/4 0,75pt 1,00pt 1,50pt 1,00pt 0,75pt 4- Déterminer n0( ( )) la quantité de matière initiale de carbonate de calcium 5- Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction (expliciter la méthode). 6- Déterminer, en , la vitesse volumique de la réaction à l'instant de date t=0s et t=800s. 7- Comment évolue la vitesse volumique de la réaction au cours du temps? Donner une interprétation de cette variation en envisageant un facteur cinétique. 8- Lors du détartrage d'une cafetière, le mode d'emploi proposé conduit à utiliser une solution un peu plus concentrée en acide et à chauffer cette solution. Quelle est en effet la conséquence sur la durée de détartrage. EXERCICE II (6points)  40min Barème 0,25pt 0,25pt 0,75pt 0,75pt 0,75pt 0,50pt Les ondes ultrasonores, ce sont des ondes mécaniques de fréquence plus grande que celle des ondes audibles. On l’exploit dans des différentes domaines comme l’examen par échographie. Le but de cet exercice est : détermination de la célérité de propagation d’ultrasonore dans l’huile d’Olive et contrôle de la qualité d’huile d’Olive. 1- Propagation d’une onde mécanique. 1-1- Donner la définition d’une onde mécanique progressive. 1-2- Citer la différence entre une onde mécanique transversale et une onde mécanique longitudinale. 2- Propagation d’une onde ultrasonore dans l’huile d’Olive pure. On dispose un émetteur E et un récepteurs R dans une cuve remplit d’huile d’Olive, de tel sorte que l’émetteur E et le récepteur R sont alignés sur une règle graduée. (figure 1) Figure 1 Figure 2 L’émetteur E émet une onde ultrasonore progressive sinusoïdale qui se propage dans l’huile d’Olive et reçue par R. Les deux signaux émet par E et reçue par le récepteur R sont visualisés sur l’oscilloscope. - Lorsque l’émetteur E et le récepteur R sont placés sur le zéro de la règle graduée, on observe sur l’écran de l’oscilloscope l’oscillogramme de la figure 2, où les deux courbes qui correspond aux deux signaux sont en phase. On donne la sensibilité horizontale de l’oscilloscope est . - On déplace le récepteur R en l'éloignant de l’émetteur E, ce dernier étant fixé. Le déplacement s'effectue dans la direction de la règle, les deux sinusoïdes se décalent puis se superposent à nouveau. On répète l'opération d’éloignement du récepteur R jusqu'à la 10ème superposition des courbes. La distance d entre E et R est alors de 39,9 cm. 2-1- Déterminer la période T et en déduire  la fréquence des ultrasons 2-2- Déterminer la longueur d’onde λ des ultrasons qui se propage dans l’huile d’Olive. 2-3- En déduire de cette expérience la valeur Vh de la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l’huile d’Olive. 2-4- L’élongation yR du récepteur R à l’instant t en fonction de l’élongation de l’émetteur E est : A- ( ) ( ) B - ( ) ( ) C - ( ) ( ) 3- Utilisation des ultrasons pour contrôler la qualité des huiles d’Olives commerciales. La demande importante sur l’huile d’olive entraîne un risque de tromperie sur la marchandise, des producteurs peu scrupuleux pouvant les mélanger à des huiles moins nobles (appelées standards par la suite) pour générer davantage de profits. Le contrôle de la qualité est basé sur la vitesse de Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Page 3/4 0,75pt 0,75pt 0,50pt 0,75pt propagation des ondes ultrasonores dans les huiles. Cette vitesse varie selon la proportion d’huile standard ajoutée (huiles moins nobles). Les tests sur des mélanges de laboratoire ont donné les résultats de la figure 3 page 2. On effectue le protocole de vérification de pureté pour un échantillon d’huile d’Olive commerciale. La sonde (joue le rôle d’un émetteur et récepteur) émet à l’instant t = 0 un signal ultrasonore de courte durée dans la direction perpendiculaire à la surface libre de l’huile d’Olive. Une partie de ce signal est réfléchie par la surface libre, tandis que la deuxième partie se propage dans l’huile pour subir une deuxième réflexion sur le fond de l’huile et revenir vers la sonde en se transformant en un signal de courte durée aussi. On visualise à l’aide d’un ordinateur les signaux, émets et reçus en même temps. figure 5. Figure 4 Figure 5 3-1- Déterminer  la durée d’aller/retour des ultrasons dans d’huile d’Olive commerciale étudiée. 3-2- Calculer la célérité des ultrasons dans d’huile d’olive commerciale étudiée. 3-3- Conclure sur le test : l’huile d’Olive commerciale étudiée est-elle pure ? Justifier. 3-4 - Calculer le volume de de l’huile standard que contient un litre d’huile d’Olive contrôlée. Données : - la hauteur d’huile d’olive commerciale étudiée dans le bécher h= 10,0 cm - Masse volumique de l’huile commercialisée : ρhc= 0 ,885 g/mL; - Masse volumique de l’huile standard: ρhs=0,895 g/mL. EXERCICE III (6points)  35min Barème On attribue la découverte de la diffraction à Francesco Grimaldi (1618-1663). Le but de l’exercice est d’étudier une application pratique de la diffraction : la détermination de la taille moyenne de poudre de cacao par granulométrie. 1-Granulométrie laser de la poudre de cacao. L’appareil ci-contre permet de mesurer la taille de particules allant de 40 nm à 2500 μm tout en occupant un encombrement extrêmement réduit. Le fabriquant de l’appareil indique que deux diodes laser de longueurs d’onde 635 nm et 830 nm sont utilisées dans cet instrument de mesure. L’objectif de cette partie est de vérifier la valeur de la longueur d’onde λ d’une des diodes laser utilisées dans l’appareil de granulométrie. Sur le trajet du laser, on intercale des fils de différents diamètres. Sur un écran placé à une distance D=2m, on observe une figure de diffraction. Figure 1 Figure 1 Figure 2 On désigne par L la largeur de la tache centrale et θ l’écart angulaire exprimé en radian. Devoir surveillé n° 1 Semestre 1 Page 4/4 0,50pt 0,75pt 0,75pt 0,75pt 0,75pt 0,75pt 0,75pt 1,00pt 1-1- Quelle est la nature de la lumière mise en évidence par cette expérience ? 1-2- Pour une longueur d’onde donnée, décrire l’évolution du l’écart angulaire θ en fonction du diamètre a du fil. Donner la relation qui lie λ, θ et a. 1-3- On fait l’hypothèse que l’angle θ est petit. Dans ce cas, on peut écrire tanθ≈θ avec θ uploads/Finance/ devoir-14 1 .pdf