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CHIMIE ( 7 pts )
Exercice 1
Pour préparer l’éthanoate d’éthyle CH3COO-CH2 –CH2 , ester, on réalise un mélange équimolaire d’acide éthanoïque
CH3 COOH et d'éthanol C2H5OH auquel on ajoute quelques gouttes d’acide sulfurique concentré. Le mélange est réparti sur 7
tubes à essai, contenant initialement chacun a=1,33.10-2 mole d’acide éthanoïque et a mole d'éthanol.
On introduit les tubes dans un bain marie à la température 60°C et on déclenche simultanément un chronomètre.
A chaque instant t, un tube est retiré du bain marie puis refroidi par l’eau glacée afin de le doser par une solution
d’hydroxyde de sodium NaOH de concentration molaire CB = 1M
1°) Ecrire l’équation de la réaction d’estérification.
2°) Dresser le tableau descriptif d'évolution correspondant.
3°) a- Exprimer, à une date t, l’avancement x en fonction de a, CB et VBE (VBE volume de base ajouté à l’équivalence).
b- Exprimer le taux d’avancement final 𝜏𝑓 d’une réaction chimique.
𝒙
4°) On définit le rapport R = à une date t et on donne le tableau ci dessous :
𝒂
a- Que peut on dire quant à l’état du système chimique à partir de la
date t = 30 min ? Donner le taux d’avancement final 𝜏𝑓 de la réaction
à l’équilibre dynamique.
b- Déduire, à partir du tableau, deux caractères de la réaction.
c- Exprimer la constante d’équilibre K en fonction de 𝜏𝑓 puis calculer sa valeur.
d- Déterminer, en nombre de mole, la composition du mélange à la date t = 30 min
e- Déduire le volume VBE versé à cette date.
5°) Le système chimique est en équilibre dynamique, on ajoute 0,2.10-2 moles de l’ester obtenu (le volume reste
sensiblement constant). Quel est le sens d’évolution spontanée de la réaction ? Justifier par deux méthodes.
Exercice 2 : Texte documentaire :
Le principe de Chatelier
Le principe de Chatelier s’applique à des réactions chimiques dont l’équilibre a été perturbé suite à la
modification des paramètres qui le concernent. Ce principe permet de prévoir le sens (direct ou indirect) dont le
quel la réaction chimique se déplace à la suite de la modification des paramètres relatifs à l’équilibre (…..) La
modification de plusieurs paramètres peut se trouver à l’origine de la perturbation d’un équilibre réactionnel. Il
s’agit de la modification : (a) de la concentration d’une des espèces chimiques participant à la réaction chimique,
(b) de volume de l’enceinte réactionnelle ou de pression exercée sur le mélange réactionnel, (c) de la température
à la quelle réaction chimique se déroule (….) De manière générale, toute augmentation de concentration d’un des
réactifs provoque le déplacement de l’équilibre dans le sens direct de la réaction chimique qui, lui, correspond à la
consommation des réactifs (obtention des produits). Cela, à fin de contrecarrer cette augmentation dont le
dessein de restaurer l’état d’équilibre (….) De manière générale, lorsqu’ une réaction chimique se déroule avec
variation de nombre de moles de gaz, toute augmentation de volume de l’enceinte réactionnelle provoque le
déplacement de l’équilibre vers le coté où il y a le plus de moles de gaz.
De manière générale, lorsqu’ une réaction chimique se déroule avec variation de nombre de moles de gaz,
toute diminution de volume de l’enceinte réactionnelle provoque le déplacement de l’équilibre vers le coté où il y a
le moindre nombre de moles de gaz.
De manière générale, lorsqu’ une réaction chimique se déroule sans variation de nombre de moles de gaz, toute
modification de volume de l’enceinte réactionnelle restera sans effet par rapport à l’état d’équilibre.
(Livre : chimie générale, volume 2 par Melania Kiel)
Questions :
1°) Préciser les facteurs d’équilibre.
2°) Comment se déplace un système chimique lors de l’ajout de l’un de ses constitutions ?
3°) Dans quel cas la pression influx sur l’équilibre chimique ?
4°) Préciser l’effet de la diminution de la pression dans le cas où la pression a un effet.
5°) Donner un exemple d’une réaction dans le quel la variation de la pression n’a pas d’effet sur le système
chimique.
PHYSIQUE( 13 pts )
Exercice 1
Le circuit électrique de la figure -1 -ci-contre comprend en série
Figure -1un condensateur de capacité C = 3 μF initialement chargé
sous une tension U0 , une bobine d’inductance L et de résistance
négligeable, un interrupteur K et un conducteur ohmique de
résistance R.
A la date t = 0 on ferme K et simultanément un dispositif
d’acquisition informatisé se déclenche pour enregistrer la
courbe de la figure -2- sur l’annexe représentant les variations
de la tension uc(t) aux bornes du condensateur.
1) Expliquer brièvement l’expression soulignée : le circuit est le siège d’oscillations électriques libres amorties
2) En se servant du graphe, déterminer le pseudo période T.
3) Calculer la valeur de l’inductance L de la bobine sachant que les amortissements sont faibles et qu’on peut considérer
que la pseudo période est pratiquement égal à la période propre du circuit T0 d’un circuit LC.
4) Etablir l’équation différentielle régissant les variations de la tension uC aux bornes du condensateur.
5) a-Rappeler les expressions des énergies électrique Ec et magnétique EL(t) emmagasinées respectivement par le
condensateur et par la bobine à une date t.
b-Montrer que l’énergie totale E diminue au cours du temps. Interpréter cette diminution.
c-Calculer l’énergie dissipée par effet joule dans les résistances entre les instants t0 = 0 et t1 ( voir annexe )
6) a- Déterminer, à la date t2 ( voir annexe ) le signe de la charge de l’armature A du condensateur.
b-Déduire, le sens du courant réel à la date t2 ,
7) Représenter, sur la figure-2- de l’annexe, la courbe qui traduit la variation de la tension de la bobine en fonction
du temps. Justifier.
8) On donne les courbes A,B et C de la figure -3-, représentant les variations de uC au cours du temps pour différentes
valeurs de R. Compléter le tableau de l’annexe , à rendre avec la copie, en associant chaque courbe
à la valeur de R (100 Ω, 300 Ω et 1KΩ ) qui lui correspond et donner le nom du régime de décharge
(pseudopériodique, apériodique).
Figure -3-
Exercice 2
On réalise le circuit de la figure.1, qui est un dipôle (R+r, L) soumis à un échelon
de tension E.
1) Rappeler l’expression, notée (1), de la tension uB (t) aux bornes de la bobine
𝒅𝒊
en fonction de l’inductance L, de la résistance interne r, de i(t) et de 𝒅𝒕.
2) Par application de la loi des mailles, déterminer une relation entre
les tensions uB(t), uR(t) et E .
En déduire l’expression, notée (2), donnant l’intensité i(t) du courant en
fonction uB(t), R et E.
3) En utilisant les expressions (1) et (2), montrer que l’équation différentielle
𝑳
régissant l’évolution de uB s’écrit uB + 𝑹+𝒓
𝒅𝒖𝑩
𝒅𝒕
𝒓𝑬
= 𝑹+𝒓
4) La courbe (1) de la figure.2 traduit l’évolution temporelle
de la tension uB (t). En utilisant la courbe (1), déterminer
graphiquement :
a) la valeur de la constante de temps τ du dipôle (R+r, L).
b) la valeur UP de la tension uB en régime permanent.
c) La solution générale de l’équation différentielle précédente
𝑹𝑬
−𝒕
peut s’écrire sous la forme :uB ( t ) = UP + 𝑹+𝒓 𝒆 𝝉
Déterminer les expressions de la tension UP et de la constante
de temps τ du dipôle (R+r, L).En déduire les valeurs des
résistances R et r du circuit.
5) On modifie la valeur de l’un des paramètres du circuit.
On obtient la courbe (2) de la figure.2.
a) Déterminer le paramètre qui a été changé.
b) Dire en le justifiant, si cette variation est une augmentation ou diminution.
Exercice 3
Oscillations libres dans un circuit RLC série
Le régime libre est le régime observé quand toutes les sources sont éteintes. Des composants
passifs et linéaires forment un circuit dans lequel se trouve initialement de l’énergie sous forme de
tension dans un condensateur ou de courant dans une bobine.
Cette situation correspond à la décharge d’un condensateur dans un dipôle RL où la valeur de la
résistance dans ce circuit détermine l’évolution de la charge du condensateur ou de l’intensité du
courant qui circule dans le circuit. En effet, pour des valeurs élevées de la résistance le circuit est le
siège d’un régime apériodique où l’observation d’une oscillation est complète et pour des faibles
valeurs de la résistance, il apparait dans le circuit des oscillations amorties, caractérisées par leur
pseudopériode et dans lequel il y a échange d’énergie entre le condensateur et la bobine, mais l’énergie
totale du circuit diminue progressivement par effet joule conformément à la figure.7. Pour compenser
les pertes d’énergie par effet joule on associe à ce circuit une source d’énergie.
Questions
1) Dégager du texte la signification du terme libre.
2) Que désigne-t-on par énergie sous forme de tension
dans un condensateur et par d’énergie de courant
dans une bobine ?
3) Donner le nom du régime libre obtenu pour des
faibles valeurs de la résistance.
4) Associer à chaque numéro des courbes de la figure
ci-contre, le type d’énergie correspondant.
PHYSIQUE
Exercice 1