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1/4 CHIMIE : (9points) Exercice n°1 : (5,5points) L’oxydation des ions iodure

1/4 CHIMIE : (9points) Exercice n°1 : (5,5points) L’oxydation des ions iodure I- par l’eau oxygénée H2O2 , en milieu acide, est une réaction chimique lente et totale. Cette réaction est symbolisée par l’équation suivante : : H2O2 + 2I- + 2H3O+  4H2O + I2 Dans un bécher, on mélange à l’instant t=0, un volume V1=100mL d’une solution aqueuse (S1) d’eau oxygénée H2O2 de concentration C1=8.10-2mol.L-1, avec un volume V2=100mL d’une solution aqueuse (S2) d’iodure de potassium KI de concentration molaire C2 et quelques gouttes d’une solution aqueuse d’acide sulfurique concentrée, dont on négligera son volume. Par une procédure expérimentale convenable, on suit l’évolution de la concentration molaire des réactifs I- et H2O2 en fonction de l’avancement volumique y de la réaction. Les résultats expérimentaux ont permis de tracer les courbes (a) et (b) de la figure-1-. 1)- les concentrations initiales des réactifs H2O2 et I- dans le mélange, sont notées respectivement [H2O2] 0 et [I- ] 0. a- Calculer [H2O2] 0 . b- Identifier les deux courbes (a) et (b). c- Dresser le tableau descriptif, en y, de l’évolution du système chimique relatif à la réaction étudiée. 2)- en exploitant les courbes de la figure 1, a- justifier que I- est le réactif limitant de la réaction et déduire l’avancement volumique final yf de cette réaction. b- En déduire la valeur de la concentration C2 3)- Par une méthode expérimentale convenable, on suit l’évolution de l’avancement volumique y de la réaction en fonction du temps. On obtient la courbe y=f(t) de la figure2. a- Déterminer graphiquement, à l’instant t=0, la valeur de la vitesse volumique instantanée de la réaction. b- En déduire la valeur de la vitesse instantanée à cet instant. c- Déterminer la vitesse volumique moyenne entre les instants t1=0 et t2=15min, sachant qu’à l’instant t2, l’avancement volumique est y2=2,7.10-2mol.L-1. 4)- Représenter l’allure des courbes (c1) et (c2) respectivement de l’évolution temporelle des concentrations de l’eau oxygénée H2O2 et des ions iodures I-. Exercice n°2: (3,5points) t=0, trois groupes d’élèves réalisent des systèmes chimiques dans trois béchers A, B et C en mélangeant dans chacun un volume V1=32mL d’une solution d’iodure de potassium KI de concentration C1=0,2mol.L-1 et un volume V2=20mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium K2S2O8 aux températures TA=40°C, TB=40°C et TC=30°C. On ajoute quelques gouttes de chlorure de fer II dans le bécher B. Immédiatement après, chacun des groupes effectue, par une méthode appropriée, le suivi de l’évolution de l’avancement x de la réaction en fonction du temps. Ils obtiennent les courbes (c1), (c2) et (c3) de la figure 3. ? 2 4 6 [H2O2] et [I-] (10-2mol.L-1) y (10-2mol.L-1) (a) (b) Figure 1 10 1 2 3 y (10-2mol.L-1) t (min) Figure 2 20 30 0 40 L’épreuve comporte deux exercices de chimie et deux exercices de physique répartis sur quatre pages numérotées de 1/4 à 4/4. LYCEE SECONDAIRE AMMAR FARHAT NEFZA DEVOIR DE CONTROLE N°1 SECTION : SCIENCES EXPERIMENTALES EPREUVE : SCIENCES PHYSIQUES DUREE : 2 h COEFFICIENT : 4 Proposé par : TRAYIA NABIL Date: 07 / 11 / 2019 2/4 1)- Ecrire l’équation de la réaction chimique. 2)- Justifier que la réaction étudiée est lente. 3)- Associer chacune des courbes au système chimique convenable. Justifier. Système chimique A B C Courbe associée 4)- a- Montrer que ions iodures I- sont en excès. b- Déterminer la concentration C2 des la solution de peroxodisulfate de potassium K2S2O8. PHYSIQUE : (11points) Exercice n°1 : (6 points) On dispose au laboratoire d’un condensateur de capacité C inconnue, d’un résistor de résistance R inconnue. Avec deux expériences on se propose de déterminer expérimentalement leurs valeurs. Expérience n°1 : On réalise le montage de la figure-1- qui comprend  Un condensateur de capacité C.  Un générateur qui débite un courant d'intensité constante d’intensité I0.  Un résistor de résistance R.  Un interrupteur K On ferme à t=0, l’interrupteur K et à l’aide d’une méthode expérimentale approprié, on suit l’évolution au cours du temps : - de la charge q en fonction de la tension uAB aux bornes du condensateur (courbe a). - la tension uAB en fonction du temps (courbe b). 1)- a- Le condensateur est-il initialement déchargé ? Justifier. b- Donner la relation entre la tension uC aux bornes du condensateur et sa charge q. c- Montrer que la tension aux bornes du condensateur à l'instant t à pour expression uAB(t)= I C.t +U0. - En déduire la valeur de U0. 2)- En exploitant les deux courbes : a- Déduire que la capacité du condensateur est C = 2500 μF. b- Déterminer l’intensité du courant I0 débité par le générateur de courant. c- A quel instant t1, la charge de l’armature A est q = 20 10-3C. d- Déterminer à l’instant t1, l’énergie électrique EC emmagasinée par le condensateur. Expérience n°2 : On décharge complètement le condensateur et on remplace le générateur du courant par un générateur idéal de tension de fem E. On réalise donc le montage schématisé dans la figure 2. On ferme à t=0, l’interrupteur K et à l’aide d’une méthode expérimentale appropriée, on suit l’évolution au cours du temps de la charge q aux bornes du condensateur C. On obtient la courbe de la figure 3. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 x(10-3mol) 0 5 10 15 20 25 t(min) c3 c1 c2 2 4 6 0 0,8 1,6 2,4 uAB(V) q(10-3C) 2 4 6 8 10 uAB(V) 0 10 20 30 40 t (s) C R A I0 G B Figure 1 Courbe (a) Courbe (b) 3/4 3)- Montrer que l’équation différentielle régissant l’évolution de la charge q au cours du temps peut s’écrire sous la forme : dq dt + 1 τ.q(t) =E R; avec τ=RC. 4)- Déterminer graphiquement : a- La valeur de la charge Q du condensateur quand le régime permanent s’établit. b- La valeur de la fem E du générateur. c- La constante de temps τ. 5)- a- Que devient l’équation différentielle à l’instant t=0 ? b- On a tracé sur la figure 3, la tangente à la courbe c à l’instant t=0. En exploitant la relation trouvée dans la question (5-a), déterminer la valeur de la résistance R. Exercice n°2 : (5 points) Le circuit électrique de la figure 1 comporte : - un générateur idéal de tension de fem E ; - Un résistor de résistance R variable ; - Une bibine b d’inductance L et de résistance r ; - Un interrupteur K et deux ampèremètres identiques A1 et A2. Dans une première expérience, pour une valeur de R=10Ω, et à un instant pris comme origine des temps, on ferme l’interrupteur (K), on constate que l’ampèremètre A2 indique la même valeur I0=0,6A que l’ampèremètre A1 après un retard θ. 1)- a- Rappeler l’expression de la tension ub(t) aux bornes de la bobine. b- Monter que pour t > θ, la bobine se comporte comme un résistor. c- Déduire la valeur de la résistance r de la bobine et la fem E du générateur. d- Donner le nom du phénomène responsable du retard θ. Justifier. 2)- Dans une deuxième expérience, on enlève les deux ampèremètres du circuit précédent et on réalise le circuit de la figure 2, tout en ajoutant en parallèle avec la bobine une diode(D) et un condensateur (C). Pour une valeur R1=50Ω de R, on ferme à t=0, l’interrupteur K et à l’aide d’une méthode expérimentale appropriée, on suit l’évolution au cours du temps de la tension uR1 aux bornes du résistor R1. On obtient la courbe de la figure 3 ; ou la droite (Δ) représente la tangente à cette courbe à l’instant t=0. E K R C 3 6 9 12 15 0 0,2 2 0,4 0,6 0,8 t (s) q (10-3 C) Figure 3 Figure-2 A M E (b) R1 D C M 1 2 3 4 5 0 5 10 t(ms) uR1(V) (Δ) Figure 3 A Figure 2 V K A1 A2 R b E K Figure 1 4/4 a- Montrer que l’équation différentielle régissant l’évolution de uR1 en fonction du temps s’écrit : .duR dt + uR1(t)=U0 , où τ et U0 sont deux constantes que l’on exprimera en fonction de L, R1 , r et E. b- La solution de l’équation différentielle établie précédemment s’écrit : uR1(t) = U0(1-e-t/τ) ; avec U0 la valeur de uR1(t) en régime permanent. Déterminer graphiquement  La valeur de U0 ;  La valeur de la constante de temps τ ;  La valeur de L ;  La valeur de la fem e d’auto-induction à l’instant t=0. 3)- Dans une troisième expérience et lorsque le régime permanait est établi, on ouvre l’interrupteur. On constate que le voltmètre indique une tension UC =3,464V puis s’annule. a- Enoncer la loi de Lenz. b- Expliquer pourquoi le condensateur se charge. c- Déterminer la valeur de la capacité C du condensateur. uploads/Finance/ devoir-de-controle-n01-19-20.pdf