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date de publication01.05.2017
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LYCEE ZAHROUNI-TUNIS-

SCIENCES PHYSIQUES

4ème Math/Science

Série

10

CHIMIE

A t=0 s et à une température constante , On mélange un volume V1 d’une solution (S1) de péroxodisulfate de potassium K2S2O8 de concentration molaire C1 et un volume V2 d’une solution (S2) d’iodure de potassium KI de concentration molaire C2, avec C2=2 C1.

  1. a- Ecrire les équations des deux demi-réactions, déduire l’équation bilan.

  2. A l’instant t=0, le mélange des deux solutions, de volume total V= 1 L, contient n01=10mmol d’ions peroxodisulfate et n02=20 mmol d’ions iodures.

  1. Dresser le tableau d’évolution du système chimique.

  2. Déterminer [S2O82-]0 et [I-]0, concentrations molaires initiales respectives des ions peroxodisulfates et les ions ions iodures dans le mélange. Déduire C1 et C2.

  1. A la date t=0, on divise le mélange précédent en 10 prélèvements identiques. Pour déterminer la quantité de matière de diiode formé à une date t>0, on refroidit l’un des prélèvements en y versant de l’eau glacée puis on dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium (Na2S2O3) de concentration molaire C3=4.10-2 mol.L-1.

La réaction de dosage, rapide et totale, est 2S2O32- + I2  S4O62- +2I- ce qui a permis de tracer la courbe de variation de la concentration molaire de diiode en fonction du temps (voir fig 1 )

a- Pourquoi refroidit-on chaque prélèvement ? quel(s) facteur(s) cinétique(s) met on en évidence ?

  1. Calculer le volume V3 de la solution de thiosulfate de sodium nécessaire pour doser la quantité de diiode I2 formé dans un prélèvement à la date t2=40 min.

  1. Calculer la concentration molaire théorique de diiode à la fin de la réaction. Ce résultat est il en accord avec le résultat expérimental ?

  2. Calculer en mmol.L-1.min-1 :

  1. La vitesse volumique moyenne (Vvol)moy de la réaction entre les dates t1=0 et t2=40 min.

  2. La vitesse volumique à la date t2=40 min.

On répète l’expérience précédente à la même température mais avec une concentration en ions peroxodisulfate plus grande, tracer, sur le même graphe, l’allure de la courbe de variation de la concentration de diiode au cours du temps.

0

2

t(min)

[I2] (mmol.L-1)

4

6

8

10

40

80

Fig 1

PHYSIQUE
E

Fig 1

A

B

Exercice 1

On étudie la charge et la décharge d’un condensateur à travers un conducteur ohmique, pour cela on réalise le montage (fig 1 ) comportant :

  • Un générateur idéal de tension de f.e.m E.

  • Deux conducteurs ohmiques de résistances R1=2 KΩ et R2 inconnue.

  • Un condensateur de capacité C d’armatures A et B.

  • Un interrupteur à deux positions 1 et 2.




  1. La charge du condensateur :


Le condensateur étant initialement déchargé, A la date t=0s, on bascule l’interrupteur en position 1.

  1. Reproduire le schéma nécessaire pour la charge et représenter par des flèches, les tensions uc aux bornes du condensateur et uR1 aux bornes du résistor R1.

  2. Donner l’expression de uR1 en fonction de l’intensité du courant i et de R1. Que peut on conclure à partir de cette relation ?

  3. Etablir l’expression de i(t) en fonction de C et de uc(t).



  1. Déterminer l’équation différentielle régissant les variations de uc(t).

  2. Trouver A, B et  pour que uc = A + Be-t soit solution de l’équation différentielle.

  3. Définir la constante de temps  d’un dipôle RC. Montrer que  est homogène à un temps.



  1. A partir de la courbe uc=f(t) (fig 2), prélever la valeur de la f.e.m E du générateur et celle de la constante de temps 1 du dipôle R1C. Déduire la valeur de la capacité C du condensateur.

  2. Définir la charge d’un condensateur. Calculer la charge de l’armature B du condensateur à t=1.




  1. La décharge du condensateur 


Lorsque le condensateur est complètement chargé, on bascule le commutateur K en position 2 à un instant choisi comme nouvelle origine des dates.

  1. a- Etablir l’équation différentielle à laquelle obéit uR2(t).

b-Vérifier que uR2=- E.e-t/2 (avec 2 = R2C) est solution de l’équation différentielle précédente.

2- On donne le graphe qui représente les variations de l’intensité i en fonction du temps (fig 3).

-1

t(ms)

i(mA)

Fig 3

En utilisant le graphe, déterminer R2 puis calculer 2 .

uc(V)

t(ms)

Fig 2

Montrer qu’à la date t= 5ms l’énergie dissipée par effet joule dans le résistor R2 est Edissipée= 2,157.10-5 J.


Exercice 2
On réalise un montage série comportant une bobine idéale d’inductance L, un résistor de résistance R=1 KΩ et un générateur basse fréquence (G.B.F à masse flottante ) qui délivre une tension triangulaire alternative. Sur l’écran d’un oscilloscope bicourbe, on visualise la tension uR aux bornes du résistor sur la voie Y1 et la tension uL sur la voie Y2.

  1. Faire les connexions nécessaires avec l’oscilloscope en indiquant la précaution à prendre sur la voie Y2.

  2. L’oscillogramme de la figure 4 donne l’allure des tensions observées. On notera T la période du signal triangulaire. On considère l’intervalle de temps (0 ; T/2).

  1. Déterminer la valeur de uL.

  2. La bobine est le siège d’une f.e.m sur cette intervalle de temps.

  • S’agit il d’une f.e.m d’induction ou d’auto-induction ? Justifier la réponse.

  • Quelle est la cause de son existance.

  • Ecrire son expression en fonction de L et i(t). préciser sa valeur.

  1. a- Montrer que la tension aux bornes de la bobine s’écrit sous la forme .

b-déduire la valeur de l’inductance L de la bobine.

u(V)

t(s)

Sensibilité verticale
Voie Y1 : 0,5 V.div-1
Voie Y2 : 1 V.div-1
Base de temps
0,5 ms.div-1.

Fig 4

Voie Y1

u(V)

t(s)

Sensibilité verticale
Voie Y1 : 0,5 V.div-1
Voie Y2 : 1 V.div-1
Base de temps
0,5 ms.div-1.

Voie Y1

Voie Y2

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