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1 CEG DU LAC ANNEE SCOLAIRE : 2019-2020 03 BP 1278 Tél : 21 32 13 26 CLASSE : T

1 CEG DU LAC ANNEE SCOLAIRE : 2019-2020 03 BP 1278 Tél : 21 32 13 26 CLASSE : Tle C COTONOU DUREE : 04 heures SECOND DEVOIR SURVEILLE DU PREMIER SEMESTRE EPREUVE DE PCT Compétence disciplinaire évaluée CDn°1 : Elaborer une explication d’un fait ou d’un phénomène de son environnement naturel ou construit en mettant en œuvre les modes de raisonnement propres à la physique, à la chimie et à la technologie. CDn°3 : Apprécier l’apport de la physique, de la chimie et de la technologie à la vie de l’homme. Critère de perfectionnement : Communiquer de façon claire et précise CHIMIE ET TECHNOLOGIE Contexte Au cours d’une séance de travaux pratiques au laboratoire, un professeur de SPCT étudie avec ses apprenants, la cinétique de l’eau oxygénée ou peroxyde d’hydrogène, (H2O2) par les ions iodures (I ). A la fin de l’expérience, les élèves ne comprennent pas :  pourquoi la solution S obtenue en mélangeant les réactifs est préparée à froid ;  pourquoi chaque tube dans laquelle est répartie la solution S est trempé avant le dosage de son contenu ;  pourquoi on a ajouté de l’empois d’amidon au contenu de chaque tube avant le dosage du diiode formé. A la sortie du laboratoire, deux des élèves engagent une discussion sur les combinaisons possibles et les volumes de solutions à mélanger pour préparer la solution tampon du support. Pendant que l’un soutient qu’il y a trois combinaisons, l’autre en trouve deux et pense que la détermination des volumes se fera par exploitation des relations associées aux méthodes de préparation de solutions tampons. Le professeur étant informé de leur préoccupation, soumet toute la classe à une réflexion à partir du support ci-dessous. Support Etude de la cinétique de l’eau oxygénée par les ions iodures On donne les couples oxydant/ réducteur : I2/I et H2O2/H2O ; On mélange à froid une solution S1 d’eau oxygénée, une solution S2 d’acide sulfurique, une solution S3 d’iodure de potassium et de l’eau distillée pour obtenir une solution S. Ensuite, on répartit cette solution S dans dix tubes. Les dix tubes sont placés dans un bain thermostaté à la température ambiante à un instant considéré comme initial. Par intervalles de temps, un tube est sorti et trempé. A son contenu, on ajoute de l’empois d’amidon en excès et le diiode formé est dosé par une solution de thiosulfate de sodium (2Na + S O ) - Pour la solution d’eau oxygénée S1 : C1 = 2,8. 10 mol/L et V1=100mL - Pour la solution d’acide sulfurique S2 : C2 = 6,0 mol/L et V2 = 10 mL 2 - Pour la solution d’iodure de Potassium S3 : C3 = 0,25mol/L et V3 = 80mL - Le volume d’eau distillée est : Ve =10mL - La solution de thiosulfate de sodium S4 : C4= 4. 10 mol/L - Le volume du mélange dans chaque tube est VO=20 mL - Equation-bilan de la réaction de dosage du diiode par les ions thiosulfates est : 2S O + I ⟶S O + 2I Echelle : Abscisses : 1cm ⟶100s et Ordonnées : 1cm ⟶10 mol/L Préparation de solutions tampon La solution tampon a pour volume V=200mL et un pH=9,0 Solutions disponibles :  Solution d’acide chlorhydrique HCl de concentration C1=4.10-3mol.L-1  Solution de méthanoate de sodium HCOONa de concentration C2=10-2mol.L-1  Solution de chlorure d’ammonium NH4Cl de concentration C3=2.10-2mol.L-1  Solution d’acide méthanoïque HCOOH de concentration C4=10-1mol.L-1  Solution d’hydroxyde de sodium NaOH de concentration C5=2.10-2mol.L-1. On donne : pKa(HCOOH /HCOO-)=3,8 ; pKa(NH4+ /NH3)=9,2. Pour tout calcul, la concentration des ions de l’eau sera négligeable devant celle des autres. Tâche : Tu es invité(e) à fournir des explications aux élèves et prendre position par rapport au débat. 1- 1-1 Proposer une explication aux questions soulevées par les élèves à la fin de l’expérience sur la cinétique de la réaction d’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée 1-2 Etablir l’équation-bilan de la réaction entre des ions iodure et l’eau oxygénée 1-3 Identifier le réactif en défaut à l’instant initial entre H3O+ ; I ; H2O2 et en déduire la concentration maximale [I2]max du diiode qui pourrait se former. 2- 2-1 Montrer que la concentration molaire du diiode formé à l’instant t a pour expression [I ] avec V4 le volume de la solution de thiosulfate de sodium nécessaire à chaque dosage. 2-2 Reproduire puis compléter le tableau et tracer la courbe de variation [I ] = f(t). T(s) 0 60 160 270 360 510 720 900 1440 1800 V4 (ml) 0 2,2 4,8 6,5 7,5 9,0 10,5 11,5 13,5 14,0 [I2]t en 10 mol/L 3 2-3 Déterminer la vitesse de formation du diiode à la date t1 = 360s et la vitesse de disparition de l’eau oxygénée à la date t2 =720s. 3.1 Définir une solution tampon et donner les propriétés de cette solution tampon. 3.2 Indiquer parmi les solutions de la liste, la ou les combinaison(s) de deux solutions qui permettent d’obtenir la solution tampon. 3.3 Déterminer les volumes des solutions mélangées. PHYSIQUE ET TECHNOLOGIE Contexte : Dans le souci d’approfondir certaines connaissances acquises en physique par les apprenants d’une terminale scientifique, un professeur leur a proposé l’analyse de trois documents. Le premier document traite de la séparation de deux isotopes du zinc. Le second porte sur la production d’une tension alternative sinusoïdale par un alternateur. Le troisième document porte sur l’auto- induction. Support Informations fournies par le document 1 -Schéma du dispositif de séparation des isotopes Zn et Zn du zinc. -Masses respectives des isotopes séparés Zn et Zn : m = 68. u ; m = A. u avec u = 1,67. 10 kg -La tension électrique accélératrice entre les plaques P1 et P2 a pour valeur U = 10 V. -On négligera l’intensité du poids des ions devant celles des autres forces. -On négligera également la vitesse des ions produits à leur arrivée en O1. -Autres données : e = 1,6. 10 C ; CA = 8 mm ; d = 10 cm et B = 0,1 T  Informations fournies par le document 2 -L’alternateur est constitué d’une bobine et d’un aimant solidaire d’un galet qui tourne. -Les bornes de la bobine sont reliées à un oscilloscope et on impose au galet une rotation de fréquence N = 600 tours/min. -La bobine de longueur l = 30 cm possède n = 800 spires par mètre. -La surface d’une spire de la bobine vaut : s = 10 cm . -La norme du champ magnétique créé par l’aimant vaut : B = 0,1 T -A la date t = 0 s, la tension aux bornes de la bobine est nulle. ⃗ ⃗ d Chambre d’accélération Chambre d’ionisation ⃗ Chambre de déviation P P O1 O2 A C ⃗ O ⃗ Figure1 4 Echelles En abscisses: 1 cm pour 0,025 s En ordonnées: 1 cm pour 0,5 V  Informations fournies par le document 3 µ0=4 .10-7SI) Le solénoïde de la figure 2 est constitué de N=1000spires de rayon r2=3,75cm. Le rayon du fil conducteur ayant servi au bobinage est r1=0,4mm.  La tension délivrée par le générateur est triangulaire.  Les tensions uCB(t) et uAB(t) respectivement aux bornes du conducteur ohmique de résistance R=350Ωet du solénoïde sont visualisées sur les voies Y1 et Y2  Les réglages utilisés sont : Voie Y1 : 2V/division ; Voie Y2 : 400mV/division ; base des temps : 0,2 ms/division Tâche : Expliquer des faits. Consignes : 1. 1.1–Déterminer le signe de la tension U . 1.2–Montrer que les ions produits arrivent en O2 avec la même énergie cinétique mais avec des vitesses différentes. 1.3–Préciser sur un schéma le sens du vecteur champ magnétique B ⃗pour que les ions aient pour points d’impact les points A et C. –Montrer que le mouvement de chaque ion Zn dans la chambre de déviation est plan, circulaire et uniforme et calculer la valeur de A. 2. 2.1–Expliquer le principe de production de la tension alternative par l’alternateur du support et préciser le nom du phénomène physique qui est à la base de cette production. 2.2–Etablir l’expression de la tension électrique qui apparaît entre les bornes de la bobine de l’alternateur en fonction du temps. 2.3–Représenter sur deux périodes l’oscillogramme obtenu. 3. 3.1- En tenant compte de la constitution du solénoïde, calculer la valeur théorique L de son inductance puis compléter le schéma de la figure 2 en indiquant les connections à réaliser pour obtenir les deux oscillogrammes. 3.2-Proposer une explication à l’allure de l’oscillogramme de la voie Y1 par rapport à celle de la voie Y2. 3.3-Exploiter les oscillogrammes pour vérifier expérimentalement la valeur de l’inductance L du solénoïde. A B C R L K G.B.F. i Figure 2 Voie Y1 Voie Y2 uploads/Management/ 2eme-devoir-du-1er-semestre-pct-tle-c-2019-2020-ceg-du-lac.pdf