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CHIMIE (7points) Toutes les solutions sont prises à 25°C. Le produit ionique de

CHIMIE (7points) Toutes les solutions sont prises à 25°C. Le produit ionique de l’eau pure à cette température est Ke = 10-14. Exercice n°1 On considère deux solutions aqueuses de même concentration molaire C. - (S1) est une solution d’une base (B1) de pH = 12. - (S2) est une solution d’une base (B2) de pH = 10. 1°) a- Déterminer les concentrations molaires des ions hydroxyde OH- dans chaque solution. b- Comparer alors les forces des deux bases (B1) et (B2). 2°) Sachant que la concentration est C= 10-2 mol.L-1. a- Montrer que B1 est une base forte et que B2 est faible. b- Sachant que la base (B2) est faiblement dissocié, monter que le pH de sa solution s’écrit ) log ( 2 1 C pK pK pH e a + + = . c- Déterminer les concentrations des espèces chimiques autres que l’eau présentes dans la solution (S2). d- Déterminer la valeur de Ka du couple B2H+ / B2. 3°) Par dilution successif de la solution (S2) on trace la courbe pH = f(log c) de la figure ci-dessous. a- Déterminer l’équation de la courbe. b- Déduire la valeur de pKa du couple B2H+ / B2. c- * Monter que le taux d’avancement final de la réaction de dissociation de la base B1 dans l’eau est C pKe pH f 10 − = τ . * Calculer f τ et ' f τ respectivement pour c = 10-2 et c = 10-3. Conclure. Exercice n°2 A- On prépare une solution (S1 ) d’acide nitrique HNO3 de molarité C1 = 10-2 mol.L-1. L ’acide nitrique HNO3 se dissocie totalement dans l’eau pure. 1°) Ecrire l’équation de sa dissociation. 2°) Déterminer le pH1 de cette solution.. Justifier le caractère acide de cette solution. 3°) Calculer les concentrations molaires des différentes espèces chimiques présentes dans la solution (S1 ). Année scolaire : 2009/2010 Devoir de synthèse n°2 Classes : 4ème Sc et M . Lycée Sidi Zekri Lycée 7 novembre 87 Sciences physiques Durée : 3 heurs B- On dose un volume V2 = 10 cm3 d’une solution S2 d’hydroxyde de sodium NaOH (soude) de molarité C2 inconnue, par la solution S1. Au cours du dosage, on suit l’évolution du pH du milieu réactionnel en fonction du volume Va de solution d’acide nitrique HNO3 ajouté. On obtient le graphe ci-dessous. 1°) Faire un schéma annoté du dispositif expérimental. 2°) Ecrire l’équation de la réaction qui a eu lieu au cours du dosage. 3°) a) Définir l’équivalence acido-basique. b) Déterminer graphiquement les coordonnées du point d’équivalence (E). c) Déterminer la molarité C2 de la solution d’hydroxyde de sodium utilisée. d) Montrer que l’hydroxyde de sodium est une base forte. 4°) Pour que le dosage soit plus rapide on peut utiliser un indicateur coloré. a) Définir la zone de virage d’un indicateur coloré. b) On donne ci-dessous les zones de virage de quelques indicateurs colorés. Lequel faudrait-il choisir si on effectuait le dosage sans pH-mètre ? PHYSIQUE (13 points) Exercice n°1 Un oscillateur mécanique est constitué d’un ressort à spires non jointives, de masse négligeable, de constante de raideur K, lié à un solide (S) de masse m qui peut se déplacer sur un plan horizontal. A l’équilibre, le centre d’inertie G du solide coïncide avec l’origine O d’un repère (O, i ). La position du solide est repérée par son abscisse x dans ce repère. Un stylet fixé sur le solide S permet d’enregistrer l’évolution de l’abscisse de son centre d’inertie en fonction du temps sur une feuille de papier enroulé sur un cylindre tournant, à vitesse constante, à l’aide d’un moteur non représenté. (Fig 1) Au cours de son mouvement, le solide (S) est soumis à une force de frottement visqueux f hv =− ou h est une constante qui peut être positive ou nulle et v est la vitesse instantanée du solide. Pour mettre l'oscillateur en oscillations forcées, un dispositif approprié non représenté permet d’exercer sur le solide (S) une force excitatrice i ) t N 2 sin( F F e m π = de fréquence Ne réglable. Indicateur coloré Zone de virage Rouge de Congo 3,0 ---- 5,0 Bleu de bromothymol 6,0 ---- 7,6 Phénol phtaléine 8,2 ---- 10,0 i O x (S) x’ Figure 1 Xm(cm) Ne (Hz) N1 Figure 2 pH VB(mL) Va(mL ) I- Etude expérimentale 1°) Expérience 1 : On fait varier la fréquence de la force excitatrice et on mesure à chaque fois l’amplitude des oscillations du solide. Les résultats des mesures permettent de tracer le courbe Xm = f(Ne). (Fig 2) a- Préciser l’état du système pour Ne = N1. b- Comparer, en justifiant et sans calcul, N1 à N0. 2°) Expérience 2 : Le dispositif d’enregistrement des oscillations est constitué d’un cylindre tournant à une fréquence N’ = 35/4π Hz. Sur la feuille de papier, on observe une sinusoïde comportant n = 2 oscillations pour un tour complet. (Fig 3) Déterminer la période des oscillations. 3°) Expérience 3 : Une étude expérimentale a permis de tracer les courbes représentant les variations, en fonction du temps, des valeurs algébriques de la force excitatrice F et l’élongation x. a- Justifier que la courbe (b) correspond à x(t). b- Déduire, en justifiant, la période des oscillations T et la fréquence N. c- Déterminer le déphasage ∆ϕ = (ϕF - ϕx). d- Déterminer l’expression de x(t). II- Etude théorique 1°) Montrer que l’équation différentielle du mouvement de G du solide S, en x(t), est : 2 2 dt x d m + dt dx h + Kx = F 2°) Pour la fréquence N1 = 35/2π de Ne on donne sur l’annexe une construction de Fresnel incomplète où figure le vecteur OA qui représente la fonction Kx et le vecteur OCqui représente la force F. a- Compléter la construction de Fresnel en représentant dans l’ordre le vecteur relatif à 2 2 dt x d m puis celui relatif à dt dx h . b- Déduire à partir de cette construction : la valeur Fm de F ; la valeur du coefficient du frottement h ; La valeur de la masse m. 3°) Pour une valeur N2 de Ne le déphasage ∆ϕ = (ϕF - ϕx) = 2 π rad Par analogie électrique mécanique, monter que l’oscillateur est en résonance de vitesse. Déduire la valeur de N2. Figure 3 4.10-2 t(s) (a) (b) x(m) ; F(N) s 35 2π 0 s 210 π Exercice n°2 Une corde élastique, de longueur L = 40 cm, tendue horizontalement et reliée par l’une des extrémités (S) à un vibreur électrique qui lui impose des vibrations rectilignes sinusoïdales d’amplitude a = 2mm et de fréquence N= 50Hz. La célérité des ondes le long de la corde est c = 5 m.s-1. (Voir figure ci-contre) 1°) Dire pourquoi on utilise des absorbants d’énergie au niveau des supports fixes. 2°) Décrire l’aspect de la corde :* en lumière ordinaire ; * en lumière stroboscopique pour une fréquence du stroboscope Ne = 25 Hz. 3°) Calculer la longueur d’onde λ. 4°) Ecrire l’équation du mouvement de la source (S) sachant qu’elle débute son mouvement à la date tO = 0 s dans le sens négatif. 5°) Etablir l’équation du mouvement d’un point M de la corde d’abscisse x = SM. 6°) a- Déduire l’équation du mouvement d’un point M1 de la corde d’abscisse x1= SM1= 17,5 cm. b- Représenter sur le même système d’axes (sur l’annexe) yS (t) et yM1 (t). Comparer les mouvements des points S et M1. 7°) Ecrire l’équation traduisant l’aspect de la corde à la date t2 = 0,035s. Représenter (sur l’annexe) l’aspect à cette date. Exercice n°3 Le nettoyage par cavitation acoustique. Le nettoyage par ultrasons est mis en oeuvre dans de très nombreux secteurs d’activités : industrie mécanique, horlogerie, bijouterie, optique ... Il repose sur le phénomène de cavitation acoustique la cavitation est produite en émettant des ultrasons de forte puissance dans un liquide. L’émetteur est un disque constitué d’un matériau piézoélectrique sur les faces duquel sont déposées deux électrodes métallisées. Lorsqu’une tension électrique sinusoïdale est appliquée entre ces deux électrodes, le matériau se dilate et se contracte périodiquement. Ces déplacements périodiques du disque provoquent des successions de dépressions - surpressions du liquide qui est en son contact. Cette perturbation se propage ensuite de proche en proche dans l’ensemble du fluide : c’est l’onde ultrasonore. Lors du passage de l’onde dans une « tranche » de liquide, le phénomène de cavitation se produit si la puissance de l’onde est suffisante : des microbulles de vapeur dont le diamètre peut atteindre 100 µm apparaissent. Les microbulles de vapeur sont transitoires. Elles implosent en moins d’une microseconde. Les ondes de choc émises par l’implosion nettoient la surface d’un solide plongé dans le liquide. 1°) Dégager du texte que l’onde ultrasonore est une onde mécanique progressive. Préciser la source cette onde. 2°) a- Indiquer, en justifiant, s’il s’agit d’une onde longitudinale ou transversale ? b- Déterminer à partir de uploads/Ingenierie_Lourd/ devoir-de-synthese-n02-2009-2010-lycee-sidi-zekri-pdf.pdf