1

CHIMIE( 7pts) Exercice N1 : Etude dun document scientifique. (2pts)

La synthse de lammoniac La raction permettant la synthse de lammoniac NH3 est une raction qui a lieu dans les deux sens. Lammoniac est un produit industriel trs important. La raction rversible utilise pour la synthse met en jeu le diazote N2 (extrait de lair liquide par distillation fractionne) et le dihydrogne H2 (obtenu en faisant ragir leau et le mthane des gaz naturels):

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

Le systme volue jusqu atteindre un tat dquilibre ;tat dans lequel la composition du milieu ractionnel demeure constante .En effet, dans cet tat , lchelle molculaire, la quantit dammoniac forme par unit de temps ,par la raction de synthse est gale celle que consomme la raction de

dissociation.

Cet tat dquilibre dpend des conditions dans lesquelles les ractifs sont mis en prsence. - la pression doit tre leve

- la temprature doit tre ni trop leve (sinon, la raction ne seffectue pas de gauche droite), ni trop basse (si non les vitesses de raction sont trop faibles).

- la raction doit tre catalyse pour augmenter les vitesses de raction.

Le schma ci-dessous indique la transformation qui seffectue dans les conditions les plus favorables la synthse.

QUESTIONS.

1- Dgager du texte la dfinition de ltat dquilibre dun systme chimique. 2- Interprter en termes cintiques lexistence dun tel tat? 3- Dterminer le taux davancement final de la raction ainsi ralise. 4- Dgager les facteurs cintiques signals dans le texte.

Exercice N2 (5 pts) On donne les masses molaires atomiques en g.mol1 : H= 1 ; C = 12 ; O = 16.

On ralise un mlange renfermant 9,2 g dacide mthanoque (HCOOH) et 9,2 g dthanol (C2H5 OH) avec quelques gouttes dacide sulfurique. 1) a Ecrire lquation de la raction qui se produit. b Montrer que le mlange initial est quimolaire. 2) -On rpartit ce mlange en diffrents chantillons de volume V chacun, qui sont placs la date t=0

dans un bain marie 100C. A diffrentes dates, on dose lacide restant dans chaque chantillon par une solution de soude de concentration molaire CB = 0,5 mol. L

-1 .

D-R-E-F de NABEUL

Matire :

Sciences physiques

DEVOIR DE SYNTHESE

N1

Profs :Mme Benna, M-Ammar, M-Chaabani, M-Slama , M-Chaouch

Lyce Pilote de Nabeul

Date :13-12-2008 Dure : 3 h Classes : 4

me Math et Sc.Exp

Indications et

consignes gnrales

-Le sujet comporte deux exercices de physique et deux exercices de chimie

-On exige une expression littrale avant chaque application numrique-Toute rponse doit tre justifie

2

a Dresser le tableau dvolution de la raction destrification. b Exprimer lavancement x de la raction en fonction de CB, VB et no ( no tant le nombre de mole

dacide initial dans le volume V dun chantillon ) .

c Montrer que le taux davancement de la raction une date t scrit : d La courbe ci-contre reprsente la variation du taux davancement de la raction en fonction

du volume VB de soude ajout lchantillon. d1 : Dduire de la courbe et de la relation de la

question (2 - c ) la valeur de no .

d2 : Sur quel caractre de la raction nous renseigne

la courbe ? Justifier.

3) a Enoncer la loi daction de masse. b Lorsque lquilibre dynamique est atteint VB = 13,2 mL . Dterminer alors la composition du mlange dans chaque

chantillon.

c En dduire la constante dquilibre de la raction. 4 ) A lquilibre on ajoute dans lun des tubes 10-3 mol acide, 103 mol dalcool ,10-3 mol eau et 10-3 mol dester. a Montrer que le systme nest plus en quilibre et prciser son sens dvolution. b Dterminer la composition molaire du mlange lorsque de nouveau lquilibre stablit.

PHYSIQUE (13 pts) Exercice N1 (6.5 pts) Un circuit lectrique est constitu dune bobine dinductance L et de rsistance r = 10 mont en srie avec un rsistor de rsistance R0 rglable. Lensemble est aliment par un gnrateur de tension idal de f..m. constante E. (fig.1)

Fig.(1) I- Dans cette exprience, on prendra R0 = 90. A laide dun systme dacquisition appropri, on visualise les tensions uAB et uBD ; linstant de fermeture de linterrupteur est pris comme origine des dates. On obtient les courbes de la fig.(2) de la page 5.

Soit i(t) = E

R(1- e

t

) lintensit du courant au cours du rgime transitoire avec R = R0 +r

1- a Faire correspondre chaque courbe la tension visualise en le justifiant. b- Dduire la f.e.m E du gnrateur.

c- Calculer la valeur I0 de lintensit du courant en rgime permanent. d- Retrouver la valeur I0 en exploitant lune des deux courbes donnes.

2- a- Donner lexpression de la constante de temps de ce diple . b- Dterminer graphiquement la valeur de . c- En dduire la valeur de linductance L. II-Au diple RL prcdent, on insre un condensateur de capacit C= 25 F pralablement charg

comme lindique la figure 3.

0

0 5,0

n

VnB

VB (mL)

1

13,2

0 ,66

40

E

R0

K

A B D

L,r

3

Linstant de fermeture de linterrupteur K est pris comme origine des dates. Par un moyen appropri, non reprsent

sur la figure, on visualise les courbes dvolution de la tension uC aux bornes du condensateur et de

lnergie magntique EL de la bobine au cours du temps. On obtient les deux courbes suivantes avec

une autre valeur de R0 :

1- Etablir lquation diffrentielle vrifie par uC. 2-a- Expliquer pourquoi les oscillations sont dites pseudopriodiques.

b-Montrer que lnergie de loscillateur nest pas conserve. 3- En exploitant les courbes prcdentes, dterminer linstant de date t1 = 2 ms :

a- La valeur de lnergie magntique emmagasine dans la bobine. b- La valeur algbrique i de lintensit du courant qui circule dans le circuit.

c- Sachant qua la date t1 la tension aux bornes de la bobine est uB = 2,5 V, dduire la valeur de R0. d- Calculer la valeur EC de lnergie lectrostatique emmagasine dans le condensateur la mme date t1. 4- On donne R0 trois valeurs diffrentes R01 ,R02 et R03 tel que R01 >R02 > R03 . On obtient pour chaque

valeur de R0 la courbe de variation de uc en fonction du temps. On obtient les trois courbes suivantes :

(a) (b) (c)

a- Attribuer, en le justifiant, chaque courbe la valeur de R0 correspondante.

b- Donner dans chaque cas le nom du rgime doscillations.

Exercice N2(6.5pts) Un circuit {L,c} est mis en oscillations libres , non amorties.

Le condensateur de capacit (C), initialement charg est associ

la bobine dans un circuit ferm, comme le montre la figure ci-contre.

On dsigne par q et i respectivement la charge du condensateur et lintensit du courant, dans le circuit un instant t quelconque au cours des oscillations.

K

C

R0

L,r

Fig3

0 1 2 3 4 5 6 7 0

0,1

0,2

0,3

0,4

EL (103

J)

t(ms)

0 6 7

-6

-4

-2

0

2

4

6 uc

t 0 6 7

-6

-4

-2

0

2

4

6 uc

t 0 7

-6

-4

-2

0

2

4

6 uc

t

C q i

L

0

-6

-4

-2

0

2

4

6

t(ms

) t1

-3

uc(v)

4

Lorigine des dates est linstant de fermeture du circuit. Les courbes reprsentatives de q= f(t) et de i= g(t) sont sur les figures suivantes. Les valeurs indiques sur les courbes sont exprimes

dans le systme international dunits.

1- Prciser la signification doscillations libres non amorties. 2- a- Etablir lquation diffrentielle qui rgit les variations de la charge q du condensateur.

b- Vrifier que q(t) = Qm sin ( o t + q ) est solution de lquation diffrentielle prcdente tout en

exprimant

la pulsation o en fonction de L et de C.

c- Prciser pourquoi cette pulsation est appele, pulsation propre de loscillateur. 3-a- Prciser en le justifiant, la quelle des deux courbes reprsente q=f(t).

b- En dduire les valeurs des amplitudes Qm de q(t) et Im de i(t) .

c- Montrer que la valeur de la pulsation propre o vaut 2000 rad.s-1

.

d- Ecrire les lois horaires q=f(t) et i=g(t) , tout en remplaant : Qm , Im , o et q par leurs valeurs

numriques.

4-a- Montrer qu tout instant au cours des oscillations , lnergie totale E de loscillateur prend une valeur

constante gale 2

2.

mQ

c .

b- Montrer qu un instant t quelconque au cours des oscillations , lnergie magntique de loscillateur ,

scrit: 2 21

( )2.

L mE q Qc

.

c- Les trois courbes suivantes : lune reprsente EL = f(i2 ) , lautre reprsente EL =f( q

2) et lautre reprsente EL =f( q ) .

c1- Prciser en le justifiant, que reprsente chacune de ces courbes .

c2- Dterminer les valeurs de L et de C .

c3- Retrouver, partir de ces courbes, les valeurs de Qm de Im.

Courbe (1) Courbe (2)

t t

0

0,6

0

- 3 . 10- 4

2,25 . 10 2

J

2,25 . 10

2 J

Courbe (c)

0 0 0

Courbe (a) Courbe (b)

9 .10-8

Les valeurs indiques sur les courbes sont exprimes dans le systme international

dunits .

2,25 . 10 2

J

5

NomPrnomN

Feuille remettre avec la copie

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0

1

2

3

4

5

6

7

u(V)

0,6

5,4

Courbe 1

Courbe 2

t(ms)

3

4

5

6