DC3 (19 04 08)
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8/6/2019 DC3 (19 04 08)
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VA (mL)
A un volume VB = 50 mL d’une solution d’ammoniac NH3 , on ajoute progressivement une solution
d’acide chlorhydrique HCℓ de concentration molaire CA = 0,02 mol.L-1 . A l’aide d’un pH-mètre ,
on suit l’évolution du pH en fonction du volume VA de l’acide versé . L’ensemble des résultats
obtenus a permis de tracer la courbe ci-dessous .
1°) Faire le schéma annoté ( nom dumatériel et nature des solutions ) dudispositif du dosage .
2°) a) L’ammoniac est une base faible .
Justifier .
b) Ecrire l’équation de dissociationqui intervient lors de sa mise ensolution .
3°) Ecrire l’équation chimique traduisant
le bilan de la réaction qui se produitlors de ce dosage .
4°) a) Définir l’équivalence acido-basique .
b) En utilisant la courbe ci-dessous ,déterminer les coordonnées du
point d’équivalence E .
c) Déduire la concentration initiale CB de la solution d’ammoniac .
5°) a) Déterminer , en justifiant votre réponse , la valeur du pKa du couple acide-base NH4+/NH3 .
b) Montrer , en calculant la valeur de sa constante d’équilibre K , que la réaction bilan du
dosage est totale . On donne Ke = 10-14 à 25°C .
LYCEE SECONDAIRE
SIJOUMI
Sections : TECHNIQUE Coefficient : 4SCIENCES EXPERIMENTALES Coefficient : 4
EPREUVE : Durée : 2 heures
Proposé par : Mr Benaich Date : 19 / 04 / 2008
DEVOIR DE CONTROLE N° 3
SCIENCES PHYSIQUES
L’épreuve comporte deux exercices de chimie et deux exercices de physique répartis sur troispages numérotées de 1/3 à 3/3 .
Chimie : Physique : Exercice 1 : Dosage acide-base Exercice 2 : Pile .
Exercice 1 : Ondes progressives à la
surface libre d’un liquide . Exercice 2 : Interaction onde-matière .
Voir suite au versoVoir suite au versoVoir suite au versoVoir suite au verso page 1/3
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On réalise la pile symbolisée par Pb Pb2+ (1mol.L-1) Sn2+ (0,01mol.L-1)Sn .
1°) Faire le schéma de la pile et écrire l’équation chimique qui lui est associée .
2°) Une mesure de la force électromotrice de cette pile donne E = - 0,09 V .
a) Déterminer les polarités des bornes de la pile ainsi que le sens de circulation du courant .
b) Donner l’expression de la f.é.m. de cette pile en fonction de sa f.é.m. standard E° et des
concentrations . Calculer sa f.é.m. standard E°.
c) Déduire la valeur de la constante d’équilibre K relative à l’équation chimique associée .3°) a) Ecrire les demi-équations des transformations qui ont lieu dans chaque compartiment .
b) Déduire l’équation de la réaction possible spontanément lorsque la pile débite du courant .
c) Donner le rôle du pont salin .Peut-on le remplacer par un conducteur ohmique ? Justifier .
Dans tout l’exercice , on néglige l’amortissement tout au long de la propagation .
On dispose d’un vibreur dont la pointe affleure au repos un point O de la surface d’une nappe d’eau
initialement au repos .
1°) Ecrire l’équation horaire yO(t) du mouvement du point O sachant que celui-ci est animé d’un
mouvement vertical sinusoïdal de fréquence N = 100 Hz et d’amplitude 2 mm , et à l’instant
t = 0 s , il débute son mouvement dans le sens positif .
On donne : la célérité de propagation de l’onde est v = 2 m.s-1 .
2°) Ecrire l’équation horaire yM(t) du mouvement d’un point M de la surface du liquide
d’abscisse x .
3°) Représenter l’aspect d’une coupe fictive de la nappe du liquide par un plan vertical contenant
O à l’instant de date t1 = 2,25.10-2 s .
4°) Placer sur le tracé précédent les points possédant à l’instant t1 une élongation égale à 1 mm
et se déplaçant dans le sens descendant .
5°) La surface du liquide est éclairée par une lumière stroboscopique de fréquence Ne réglable .
Décrire l’aspect de la surface du liquide lorsque Ne prend les valeurs :
Ne = 25 Hz .
Ne = 49 Hz .
Un faisceau de lumière , parallèle monochromatique de longueur d'onde λλλλ , produit par une source
laser arrive sur un fil vertical, de diamètre a (a est de l'ordre du dixième de millimètre) .
On place un écran à une distance D de ce fil; la distance D est grande devant a ( figure 1 ) .
Laser
Fil
= quelques cm
Ecran
D (m)
llll
figure-1-
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figure-3-
Figure A
Figure B-
1°) La figure 2 représente l'expériencevue de dessus et la figure observée surl'écran .Nommer ce phénomène .Quel renseignement sur la nature de lalumière ce phénomène apporte-t-il ?
2°) En utilisant la figure 2 , exprimer l'écart angulaire θθθθ en fonction des grandeurs L et D .
3°) Sachant que θθθθ =a
λ , montrer que la largeur L de la tâche centrale de diffraction est donnée
par la relation : L = 2a
D.λ .
4°) On dispose de deux fils calibrés de diamètres respectifs a1 = 60 µµµµm et a2 = 80 µµµµm .
On place successivement ces deux fils verticaux dans le dispositif présenté par la figure 1 .
On obtient
Sur l'écran deux figures de diffraction distinctes notées A et B ( figure 3 ) .
Associer, en le justifiant , à chacun des deux fils la figure de diffraction qui lui correspond .
5°) On cherche maintenant à déterminer expérimentalement la longueur d'onde dans le vide λλλλ de
la lumière monochromatique émise par la source laser utilisée . Pour cela , on place devant lefaisceau laser des fils calibrés verticaux .
On désigne par « a » le diamètre d'un fil . La figure de diffraction obtenue est observée sur
un écran blanc situé à une distance D = 2,50 m des fils .
Pour chacun des fils, on mesure la largeur L de la tâche centrale de diffraction .On trace la courbe L = f(
a
1) ( figure 4 ) .
Donner l'équation de la courbe L = f( a
1) et en déduire la longueur d'onde λλλλ dans le vide de la
lumière monochromatique constitutive du faisceau laser utilisé .
L
Tache centrale FaisceauLaser
Fil figure-2-
5
0
1000 2000 3000
a1 ( m-1 )
L ( 10-2 m )
figure-4-
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1°)
2°) a) La courbe pH = f(VA) présente deux ponts d’inflexion et pHE < 7 ⇒ NH3 base faible
b) NH3 + H2O NH4+ + OH-
3°) NH3 + H3O+ NH4
+ + H2O
4°) a) L’équivalence acido-basique est le point pour lequel le nombre d’ions OH-
susceptibles d’être libérés parla base est égal au nombre d’ions H3O
+ ajoutés .
b) D’après la méthode des tangentes , VAE = 10 mL et pHE = 5,7
b) Au point d’équivalence , on a CA.VAE = CB.VB ⇒ CB = CA
B
AE
V
V= 0,02x
20
10soit CB = 0,01 mol.L-1
5°) a) Au point de demi-équivalence ( VA =2
VAE = 5 mL ) , pH = pKa soit pKa = 9,2
b) K =e
b
K
K=
aK
1= = 109,2 soit K = 1,58.109 : très grande ⇒ réaction pratiquement totale .
1°)
2°) a) E < 0 ⇒ Vb(Sn) – Vb(Pb) < 0 ⇒ Vb(Sn) < Vb(Pb) ⇒ Vb(Sn) : pôle - et Vb(Pb) pôle + ⇒ courant : Pb→ Sn
b) L’éq. de la réaction associée s’écrit : Pb + Sn2+ Pb2+ + Sn
Donc , E = E° - 0,03log]Sn[
]Pb[+2
+2
⇒ E° = E + 0,03log]Sn[
]Pb[+2
+2
= -0,09 + 0,03log2-10
1soit E° = -0,03V
c) E = E° - 0,03log π .
Lorsque la pile est usée , on a E = 0 et π = K ⇒ 0 = E° - 0,03logK ⇒ K = 03,0
°E
10 soit K = 10-1
3°) a) An niveau de la lame de plomb : Pb2+ + 2e- PbAn niveau de la lame d’étain : Sn Sn2+ + 2e-
b) L’éq. de la réaction possible spont. s’écrit alors : Sn + Pb2+ Sn2+ + Pb
Correction du devoir de contrôle N°3
Burette graduée
Solution d’acide chlorh dri ue HCℓℓℓℓ
H-mètre
Electrode du pH-mètre
Support
Solution d’ammoniac NH3
Pb
Pb2+ ( 1mol.L-1 ) Sn2+ ( 10-2mol.L-1 )
Sn
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c) Le rôle du pont salin est :- fermer le circuit .- assurer la neutralité électrique dans les deux compartiments .Non , le pont salin ne peut pas être remplacé par un fil conducteur car ce dernier conduit le courantélectrique ( électrons ) et non les ions .
1°) Posons yO(t) = a.sin(T
π.2t + ϕO)
A t= 0 s ,
Donc , yO(t) = 2.10-3.sin( 200.π.t ) (m) , t ≥ 0 s
2°) λ =N
vsoit λ = 2.10-2 m
yO(t) = a.sin( T
π.2
t ) , t≥
0
D’après le principe de propagation , yM(t) = a.sin(T
π.2t -
λ
π x..2) pour t ≥ θ
D’où
3°) On a déjà que yM(t) = a.sin(T
π.2t -
λ
π x..2) ou encore )x( yt = a.sin(
λ
π x..2-
T
π.2t + π) ; x ≤ d
Donc , )x( y1t
= a.sin(λ
π x..2-
T
π.2t1 + π ) ; x ≤ d1
Orλ 1d = T
t1 = 2-
-2
10
2510,2= 2,25 D’où , )x( y
1t = a.sin(λ
π
x..
2 -4,5π + π ) ; x ≤ 2,25λ
Soit
5°) N = 100 Hz . Ne = 25 Hz :
T
Te =eN
N=
25
100= 4 ⇒ T e = 4.T ⇒ immobilité apparente de la corde
Ne = 49 Hz :
TTe =
eNN =
49100 = 2,04 ⇒ T e = 2,04.T
⇒ T e légèrement > 2.T ⇒ m.v.t. apparent lent dans le sens réel
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yM(t) = 2.10-3.sin(200.π.t - 100.π.x) (m) pour t ≥ θ yM (t) = 0 pour t ≤ θ
)x( y1t
= 2.10-3.sin(100.π.x +2
π) (m) ; x ≤ 2,25.λ
)x(y1t
= 0 pour -2,25.λ ≤ x ≤ 2,25.λ
yO = 0
dt
dyO > 0
sinϕO = 0
cosϕO > 0
⇒ ϕO = 0 rad ⇒
λ
π2= 100π
)x( y1t
( 10-3 m )
x 2,25λλλλ -2,25λλλλ
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1°) C’est le phénomène de diffraction ⇒ lumière de nature ondulatoire
2°) tgθ =D2
L
=D2
L≈ θ soit θ =
D2
L
3°)θ
= a
λ ⇒
D2
L
= a
λ ⇒
L = a
D2λ
4°) a1 < a2 ⇒ L1 > L2 ⇒ a1 → figure A et a2 → figure B
5°) La courbe L =f(a
1) est une droite qui passe par l’origine⇒ L = k
a
1
Avec k : pente de la droite ; k = 1-
-2
500)m-2500(
m1,4).10-8,6(= 2,7.10-5 m2 soit L =2,7.10-5.
a
1
Par identification , 2λD = 2,7.10-5 ⇒ λ =2D
10.7,2 -5
=2x2,5
10.7,2 -5
soit λ = 5,4µm
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