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LYCEE PILOTE GAFSA MATIERE: SCIENCES PHYSIQUES Enseignant: imed radhouani Class

LYCEE PILOTE GAFSA MATIERE: SCIENCES PHYSIQUES Enseignant: imed radhouani Classe : 3 se Exp 1& 3 mathi Date : le samedi 3 novembre 2012 DUREE: 2 HEURES EXERCICE 1_ REACTION D'OXYDOREDUCTION_ (5/4 POINTS) L'eau oxygénée est une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H202. Dans un erlenmeyer contenant de l'eau oxygénée, on verse goutte à goutte, une solution de permanganate de potassium acidifiée par l'acide sulfurique. La solution dans l'erlenmeyer reste incolore et on observe un dégagement gazeux qui ravive la combustion d'une bûchette incandescente. & Eau oxygénée (incolore) Le niveau d'eau diminue dans le tube pour laisser place au gaz dégagé Les entités mises en présence appartiennent au couple Mn04~/Mn2+ Le gaz récupéré avive la combustion d'une bûchette incandescente. et à un couple contenant H202. Solution acidifiée de permanganate de potassium (violette) 1) Le gaz qui se forme au cours de la réaction est le dioxygène ou le dihydrogène ? 2) En déduire le couple auquel appartient H202 et écrire les équations de l'oxydation et de la réduction. 3) Etablir, en le justifiant, l'équation de la réaction d'oxydoréduction qui s'est déroulée dans le tube à essai. On indiquera l'oxydation, la réduction, l'oxydant et le réducteur. 4) Pourquoi la solution dans le tube reste incolore ? 5) A-t-on utilisé une solution permanganate de potassium acidifié : ÿ pour accélérer la réaction d'oxydoréduction. ÿ car cette réaction consomme les ions hydronium H30+. ÿ pour que la solution dans l'erlenmeyer reste incolore. Justifier. EXERCICE 2_ CLASSIFICATION ELECTROCHIMIQUE DES METAUX_ (4/3 POINTS) Le gong est un instrument de musique à percussion originaire d'Asie du sud-est formé d'un disque de bronze suspendu sur lequel on frappe avec un maillet. Voir photo ci-contre On se propose de déterminer la composition massique du bronze, alliage de cuivre et d'étain, pour le faire, on réalise les 3 expériences suivantes : Expérience A : On introduit un morceau d'étain (Sn) dans de l'acide chlorhydrique : il se forme du dihydrogène gazeux et les ions étain Sn2+. Expérience B : On introduit un morceau de cuivre (Cu) dans de l'acide chlorhydrique : on n'observe aucune transformation chimique. Expérience C :On introduit un morceau de bronze dans de l'acide chlorhydrique :on observe un dégagement gazeux. LYCEE PILOTE GAFSA 2012 DevoirAn toutes les matières, tous les niveaux 1) Classer le cuivre et l'étain par pouvoir réducteur décroissant par rapport au dihydrogène. 2) Ecrire, en le justifiant, l'équation de la réaction d'oxydoréduction qui modélise la transformation chimique observée lors de l'expérience C. 3) Un échantillon de 4,00g de bronze, identique à celui ayant servi à la fabrication du gong, est attaqué par 200mL d'acide chlorhydrique à kOmol.L"1. On recueille 186mL de dihydrogène. a) Calculer la masse d'étain présente dans l'échantillon. b) En déduire la composition massique de l'alliage étudié. On indiquera le pourcentage massique du cuivre (masse de cuivre dans 100g de bronze) et celui de l'étain. On donne : Masse molaire de l'étain 118,71g.mol"1. Volume molaire d'un gaz dans les conditions expérimentales Vm=24rnol.L"1. EXERCICE 3 INTERACTIONS ELECTRIQUES (4/5 POINTS) L'objectif de cette expérience datant de 1909 était de mesurer la charge électrique de l'électron. Le physicien américain Robert Andrews Millikan avait réussi à le faire en équilibrant soigneusement les forces gravitationnelle (le poids) et électrique sur de minuscules gouttelettes d'huile chargées négativement, suspendues entre deux plaques métalliques horizontales. La plaque supérieure possédait un orifice en son centre à travers lequel pouvaient passer les gouttelettes d'huile.En connaissant le champ électrique, on pouvait ainsi déterminer la charge de la gouttelette. En 1923, Robert Millikan remportait le Prix Nobel de Physique, principalement pour cette expérience. Cloison d'isolement Hautpotentiel (plusieurs kV) Spray d'huile Microscope alet Champ électrique uniforme 1) Qu'est ce qu'un champ électrique uniforme ? 2) Schématiser les deux plaques et représenter les forces mises en jeu, le vecteur champ électrostatique et les lignes de champ. Ajouter le signe des plaques. 3) Expliquer comment Millikan parvient à équilibrer une gouttelette d'huile entre les deux plaques. 4) En admettant que la gouttelette d'huile porte 12 électrons, retrouver la valeur de la charge élémentaire. (e=l,6.10" C) On donne : la masse volumique de l'huile p=0,85g.cm"3. le rayon de la gouttelette d'huile r = 3,8.10"4cm la valeur du champ électrostatique est ||e||=106N.C"1 l'intensité de la pesanteur ||g||=9,8N.kg"1 EXERCICE 4 INTERACTIONS MAGNETIQUES (7/8 POINTS) Le but des expériences proposées est d'étudier les caractéristiques du vecteur champ magnétique crée par une bobine longue (solénoïde) parcourue par un courant constant. 1) Expérience 1:On réalise le spectre magnétique d'un solénoïde alimenté par un courant constant I.ce spectre, réalisé avec la limaille de fer, est donné sur la figure suivante. a) Indiquer, sur cette figure, le sens du courant, le vecteur champ magnétique B0 crée par ce courant au centre O du solénoïde, les pôles magnétiques de la petite aiguille aimantée placée LYCEE PILOTE &AFSA -2- grains de limaille de fer support transparent horizontal générateur Devoir.tn toutes les matières, tous les niveaux à l'entrée du solénoïde et orienter les lignes de champ magnétique à l'intérieur et à l'extérieur du solénoïde. (Ce travail sera fait sur la page ci-jointe). b) Quelle information qualitative peut-on tirer de l'observation de ce spectre, quant à la nature du champ magnétique à l'intérieur et à l'extérieur du solénoïde ? Justifier. 2) Expérience 2 :On mesure au moyen d'un teslamètre convenablement réglé, la valeur ||b|| du vecteur champ magnétique crée par la bobine en différents points de son axe, à l'endroit où se trouve la sonde. La bobine a pour longueur total L=40,5cm. B/mT L sonde teslamètre __ , / 3 \ ._ i J 2,5 2 1,5 1 0,5 \ - > -20 -10 10 20 h—*n x/crn Les mesures effectuées permettent de tracer la courbe la courbe ||B||=f(x), reproduite ci-après, x étant l'abscisse de la sonde à partir de 0. Durant ces mesures, l'intensité du courant vaut 5A. a) Ces résultats sont-ils en accord avec l'allure du spectre magnétique ? b) Déterminer la longueur de la portion de la bobine sur la quelle ||b|| est compris entre ||B0|| et 0,9 ||B0||. 3) Expérience 3 : Etude de l'influence de l'intensitéI Le solénoïde Si utilisé ici comporte un nombre total de spires N=200 régulièrement réparties sur la longueur total L=405mm. Le rayon des spires est R= 2,5cm. La sonde du teslamètre est placée en O. Les mesures de IIB0II en O pour différentes deI valeurs de sont rassemblées dans le tableau suivant : 1(A) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 B0||(mT) 0 0,31 0,62 0,94 1,23 1,55 1,87 2,18 2,50 2,82 3,15 a) Tracer la courbe ||B0|| en fonction de I. b) Quelle relation existe-t-il entre ||B0|| etI ? Préciser la valeur numérique de la constante. 4) Expérience 4 : Etude de l'influence du nombre de spires par mètre On dispose d'un autre solénoïde S2 de même longueur L que Si mais comportant N'=400 spires, de rayon R=2,5cm. On recommence l'expérience 2 mais avec S2. On constate que pour chaque valeur précédente de I,||Bn|| est multiplié par deux quand on passe de Si à S2. Quel type de relation existe-t-il entre ||B0|| et n, nombre de spires par mètre ? Justifier. 5) En utilisant les résultats des expériences précédentes, montrer que ||B0|| =k"n I , valable pour un solénoïde de longueur infinie, où k" est une constante. Déterminer k" et comparer la valeur trouvée à celle de la perméabilité magnétique du vide p0 = 4ti.10"7 SI. LYCEE PILOTE GAFSA -3- Devoir.tn toutes les matières, tous les niveaux grains de limaille de fer * * * / / ÿ /****•--i / / " / » * ÿ / < ÿ / * * " - "Trf r/ir - JpC z #A-l/i Z Z. -, ' J / J V"V\\ / ÿ x % % * / -•)•/ / ' «>i , ' ' / * j / support transparent horizontal générateur Figure 1. — Spectre magnétique d'une bobine longue. Bo/mT A 3 2,5 2 1,5 1 0,5 l/A LYCEE PILOTE GA?5A -4- 201 DevoirAn toutes les matières, tous les niveaux LYCEE PILOTE GAFSA -5- 201 DevoirAn toutes les matières, tous les niveaux uploads/Finance/ devoir-de-controle-n01-2012-2013-imed-radhouani 2 .pdf