Durée de l’épreuve : 3 H Date : 20/04/2016 Séance de 8 H à 11 H Coefficient : 4

Durée de l’épreuve : 3 H Date : 20/04/2016 Séance de 8 H à 11 H Coefficient : 4

Chimie :9 points

Dans toute la partie chimie : la température est prise égale à 25°C et pKe =14

Exercice n°1 : 5 points. N.B : On arrondira les résultats à un seul chiffre après la virgule.

Une solution aqueuse S₁ contient 2.10^-3 mol d’acide éthanoïque CH₃CO₂H et 2.10^-3 mol d’éthanoate de sodiumCH₃CO₂Na. Le volume de la solution de la solution est V= 20 mL. La mesure de pH indique une valeur 4,8. On rappelle que l’acide éthanoïque CH₃CO₂H et l’ion éthanoate CH₃CO₂^- forment un couple acide base.

1)

a) Écrire l’équation de la réaction de CH₃CO₂H avec l’eau, ainsi que la réaction de l’ion éthanoate avec l’eau.

b) Déduire l’équation de la réaction qui se produit dans la solution S₁. c) Calculer la constante K de l’équilibre qui se produit.

2) A la solution S₁, on ajoute 20 mL d’eau pour obtenir une nouvelle solution S₂.

a) Calculer les nouvelles concentrations de la solution en ions éthanoate et en acide éthanoïque.

b) Écrire l’expression de pH en fonction de pKa (acide éthanoïque/ion éthanoate) et de la concentration de l’acide éthanoïque et de sa base conjuguée (ion éthanoate).

c) Préciser en le justifiant si le pH de la solution subit une modification lors de cette dilution.

3) Au V₂= 40 mL de la solution S₂, on ajoute V_a= 1 mL d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique (H₃O⁺+ Cl ^-) de concentration C = 0,2 mol.L^-1

a) Préciser la réaction qui se produit lors de l’ajout d’acide chlorhydrique.

b) Donner l’expression de la constante d’équilibre K’ relative à la réaction qui se produit et calculer sa valeur.

c) Calculer la fonction des concentrations π_i, juste au moment de l’addition de l’acide chlorhydrique et en déduire le sens d’évolution du système.

d) Calculer la nouvelle valeur du pH du mélange.

Exercice n°2 : 4 points

Une solution aqueuse de propanamine CH₃CH₂CH₂NH₂ de volume V_b= 20 mL est dosée par une solution d’acide chlorhydrique de concentration molaire Ca = 0,1 mol.L^-1. Le suivi pH métrique a permis le traçage de la courbe en annexe figure2 à rendre avec la copie.

1) Annoter le dispositif du dosage schématisé sur la figure 1 de la feuille annexe.

a) Ecrire l’équation de l’ionisation de propanamine dans l’eau.

b) Ecrire l’équation de dosage de la propanamine CH₃CH₂CH₂NH₂ par l’acide chlorhydrique (H₃O⁺+Cl ^-).

c) Montrer que cette réaction est totale. On prendra pK_a= 11 Devoir de contrôle n°3 En sciences physiques Ministère de l’éducation

Direction régionale de Kébili Lycée de Douz

Mr. Ben Tahar Niveau : 4 SCs exp Classe : 4SC 1

Voir verso

2) En utilisant la courbe de déterminer : a) Le point d’équivalence acido-basique.

b) Le pH initial de la solution de base.

c) Le pKa de couple ion propanammonium/ propanamine. Comparer la valeur trouvée à celle donnée en 1)c).

3) Justifier la valeur de pH_E, trouvée à l’équivalence.

4)

a) Définir un indicateur coloré.

b) Choisir en le justifiant un indicateur coloré convenable pour ce dosage.

Indicateur Domaine pH Forme acide Forme basique

vert de bromocrésol 3,8- 5,4 jaune bleu

bleu de bromothymol 6,0- 7,6 jaune bleu

rouge de phénol 6,4- 8 jaune rouge

mauve de crésol 7,4- 9 jaune mauve

bleu de thymol 8- 9,6 jaune bleu

Physique : 11 points

Exercice n°1 : 3,75 points

On considère un échantillon radioactif est constitué des isotopes artificiels 85 et 90 du strontium Sr (Z = 38).

1)

a) Définir la radioactivité.

b) Citer les deux types de radioactivités.

c) Définir deux isotopes.

2)

a) Préciser les nombres de protons, neutrons et électrons que contiennent les atomes de ces isotopes.

b) Écrire le symbole de chaque isotope.

3) Sachant que l’échantillon contient une mole de l’isotope 85 (période T1 = 64 jours) et une mole de l’isotope 90 (période T2 = 28,5 ans),

a) Donner l’expression N₁(t) (noyaux restants à l’instant de date t) en fonction de N₀ (nombre de noyaux présents initialement dans l’échantillon) et la constante radioactive ₁.

b) Donner l’expression N2(t) en fonction de N₀ et la constante radioactive 2

c) Montrer que pour t_p = 473 jours les activités des deux isotopes sont égales.

Exercice n°2 : 3,5 points

Données : célérité de la lumière dans le vide :3 10⁸ m/s; constante de Plank : h=6,62 10^-34 J.s ; charge de l’électron q= -1,602. 10^-19 C ; masse de l'électron m = 9,1 10^-31 kg.

La figure 1-2 représente un diagramme très simplifié des niveaux d'énergie de l'atome de lithium de numéro atomique Z=3, On considère les quatre transitions représentées sur le diagramme. Les longueurs d'ondes correspondantes sont ₁ = 671 nm ; ₂ = 812 nm ; ₃ = 323 nm et ₄ = 610 nm.

La figure 1-2

1) Expliquer brièvement niveau d'énergie et spectres de raies.

2)

a) Montrer qu'entre l'énergie E(en eV) d'un photon et sa longueur d'onde  il existe la relation E= 

 ;  étant exprimé en nm et E en eV.

b) Déterminer l'énergie (eV) des photons émis lors de chacune des 4 transitions.

c) L'énergie du niveau 1 vaut E₁ = - 5,39 eV. C'est l’énergie de l'électron externe dans son état fondamental.

Recopier et compléter le tableau : E_n est l’énergie de niveau n

n    

nen (eV)

d) Pour quelle valeur de la longueur d'onde des radiations incidentes les atomes de lithium subiront-ils une ionisation à partir de l'état fondamental ?

Exercice n°3 : 3,75.

Un pendule élastique horizontal est constitué d’un ressort à spires non jointives R de raideur k dont l’une des extrémités est attachée à un fil attaché à un moteur et à l’autre extrémité est attaché un petit corps cylindrique (S) pouvant coulisser sans frottement sur une tige horizontale voir figure ci- dessous :

1

2

₃

4

1 2 3 4 5 E en ev

Moteur

tige

Liquide

Palette S

Ressort Poulie fil

Voir verso

Lorsque (S) est en mouvement la palette se déplace dans l’eau ce qui engendre un frottement fluide. L’expression de la force de frottements visqueux ^f = - h ^v. Le moteur exerce une force excitatrice F^ = F_m sin(t)^i

1) Justifier que le corps (S) est en oscillations forcées.

2) On rappelle que l’équation différentielle régissant i(t) dans le cas d’un circuit RLC en oscillations sinusoïdales forcées s’écrit :

L di

dt + R i +



 

C i dt = u(t)

En utilisant l’analogie formelle mécanique-électrique, établir l’équation différentielle régissant la variation de la vitesse v.

3) On rappelle que Q_m = U_m

R^^L^   C^

a) A partir de cette relation établir l’expression de Im et déduire l’expression de V_m. b) Déduire l’expression de l’impédance mécanique Z_méc

4) La courbe suivante représente la variation de l’impédance mécanique Z_méc du pendule en fonction la pulsation de moteur :

a) Déterminer en le justifiant la pulsation propre 0.

b) Calculer la masse de corps (C) , sachant que k = 20 N.m^-1.

c) Pour  =0. Calculer la puissance P de cet oscillateur mécanique.

Bon travail



 en rad.s^-1

0 2

en Kg.m.s^-1

Nom et prénom : ……….. N° :……….

Figure1

Figure2

1

pH