4e-DS1-2010-2011

LYCEE PILOTE BOURGUIBA -Tunis-

Sciences Physiques

DEVOIR DE SYNTHESE FERCHIOU

Date :11-12-2010 Durée : 3 heures é Classes : 4 Sc.exp2 Ref : 4é-DS1-2010-2011

(1er Trimestre)

CHIMIE (7 points) Exercice 1 (1,5 points) Catalyse enzymatique

Document Les enzymes sont des molécules biologiques agissant comme des catalyseurs. Ce sont des protéines, c’est-à-dire des molécules constituées par l’enchaînement de plusieurs centaines d’acides aminés. Lorsqu’une réaction est catalysée par une enzyme, on parle de catalyse enzymatique. D'origine biologique, les enzymes sont des espèces chimiques comme les autres qui obéissent à des lois physico-chimiques. Au cours d’une réaction de catalyse enzymatique, les réactifs sont en solution dans la même phase liquide que © CNRS Photothèque l’enzyme. La catalyse enzymatique est donc un cas particulier de la catalyse homogène. Les réactions pouvant être catalysées par les enzymes s’effectuent dans des conditions souvent qualifiées de douces, c’est-à-dire à la température de l’organisme qui les abrite (37 °C pour l’organisme humain) et à un pH peu éloigné de la neutralité (aux alentours de pH=7). Lorsque les conditions de température ou de pH sont trop faibles ou trop élevées, l’efficacité du catalyseur est réduite, voire nulle. Outre leur importance dans certains processus biologiques chez les êtres vivants, les enzymes sont également utilisées dans l’industrie. Les protéases et les amylases sont par exemple utilisées dans la fabrication de la bière. Elles permettent la transformation de l’amidon présent dans l’orge en acides aminés et en sucres fermentescibles. La très grande efficacité des enzymes, leur sélectivité ainsi que les conditions très douces dans lesquelles elles interviennent suscitent un grand intérêt auprès des industriels *…+. D’après ; Catalyse enzymatique .CNRS

Questions 1. Donner la définition d’une enzyme. Comment est elle constituée ? 2. Quelle est l’origine d’une enzyme ? 3. Dans le cas d’une catalyse enzymatique les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase. De quel type de catalyse s’agit-il ? 4. Relever du texte deux exemples d’enzymes. 5. Les enzymes sont très efficaces dans des conditions particulières sinon elles perdent de leurs efficacités. Quelles sont ces conditions, comment sont elles qualifiées.

0,5 A1 0,25 A1 0,25 A1 0,25 A1 0,25 A1

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Exercice 2 (5,5 points)

Une réaction pour obtenir du diiode

Actuellement, le procédé le plus courant de fabrication du diiode se fait à partir du nitrate du Chili. Ce nitrate naturel est utilisé pour obtenir des engrais. Lors de la préparation des engrais, des eaux de rinçage sont recueillies. Ces eaux contiennent des ions iodate IO-3 qu'on fait réagir avec les ions hydrogénosulfite HSO-3 . La transformation peut être modélisée par l'équation suivante : +   5 SO22 IO2  3 (aq) + 5 HSO3(aq) + 2 H2O(l) 4 (aq) + I2(aq) + 3 H3O (aq) 1. La réaction de synthèse du diiode est-elle une réaction acide-base ou une réaction d'oxydoréduction ? Justifier.

0,5

A1

0,5 0,5

A1 A2

0,5

A1

2. Soit M le mélange initial de volume V, formé par n0 mol d’ions HSO-3(aq) et de n0 mol d’ions iodate IO23 (aq) avec une quantité d’eau en large excès. a. Dresser un tableau d’évolution de la réaction en utilisant l’avancement x. b. Déterminer l’expression de l’avancement maximal xMax en fonction de n0. 3. Le système chimique évolue jusqu’à atteindre un état d’équilibre de constante K. a. Donner l'expression de la constante d'équilibre K de cette transformation en fonction des concentrations des espèces dissoutes. b. En déduire l’expression de K en fonction de xf, n0 et V. x c. Le taux d’avancement final de la réaction est noté f= f . Exprimer K en fonction xMax de f, n0 et V. 4. À l’équilibre, avant de récupérer le diiode, on peut être amené à ajouter de l'eau dans la cuve où est faite la réaction. a. Dans quel sens va évoluer spontanément le système chimique si on ajoute de l’eau jusqu’à obtenir un volume V’=2V. Justifier. Que peut-on dire de K et f ? b. Le pH de l'eau utilisée a-t-il une incidence sur l'évolution de l'équilibre ? Justifier. c. Dans quel sens va évoluer le système chimique si on augmente le pH du mélange sans modifier le volume. Que peut-on dire de K et f ?

0,75 A2 1

A2

0,75 C 0,5

A2

0,5

A2

PHYSIQUE (13 points) Exercice 1 (3 points)

Dipôle RL

On réalise un circuit formé par une association en série d’une bobine, d’inductance L et de résistance r, avec un résistor de résistance R, l’ensemble est soumis à un échelon de tension E. (fig-1-). Les valeurs de R, L et E sont réglables.

Fig.2 Fig.1

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1°) On fixe L et E et on donne R=1k . La valeur de la résistance interne de la bobine est supposée négligeable par rapport à celle de R. On ferme le circuit à t=0, et on suit l’évolution, au cours du temps, de l’intensité du courant qui s’établit dans le circuit. On obtient la courbe de la figure -20,75 A2 a. Établir l’équation différentielle vérifiée par i(t). b. En déduire l’expression littérale de l’intensité I du courant en régime permanent. 0,5 A2 c. Déterminer à partir de la courbe :  La valeur de l’intensité I du courant en régime permanent. 0,25 A1 0,25 A1  La constante de temps .En déduire la valeur de L. 0,75 A2 d. Déterminer la valeur de E. 2°) Afin d’étudier l’influence de différents paramètres, on réalise trois autres expériences (1), (2) et (3) en modifiant à chaque fois l’un des paramètres E, R ou L et on trace la courbe i = f(t) correspondant à chaque expérience (Fig. ci-dessous).Le tableau suivant récapitule les valeurs données à E, R et L lors de ces trois expériences (1), (2) et (3) :

(1)

(2)

(3)

E (V)

12

6

6

R (k)

1

1

0,5

L (H)

0,1

0,2

0,1

0,5 A1

Associer en le justifiant, à chaque expérience le graphe qui lui correspond.

Exercice 2 ( 8 points) Oscillations libres On considère le circuit électrique comportant un générateur de tension idéal de f.e.m. E, un condensateur de capacité C = 10-6F, une bobine d’inductance L et de résistance nulle, deux résistors de même résistance R et deux interrupteurs K1 et K2 (Fig-3-). uc (V)

uc

Fig-4-

5 4

i 2

t en ms 0

2 -2

Fig-3-

-4

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IOn ferme K1 (en maintenant K2 ouvert).puis après une durée suffisamment longue on ouvreK1 et on ferme K2 à un instant de date t=0s. Un oscilloscope à mémoire permet de tracer la courbe d’évolution de la tension u2 au cours du temps, on obtient la figure -41. Etablir l’équation différentielle vérifiée par la tension uc.

1

A2

1

A2

2. Montrer que cette équation s’écrit de la forme:

d2uc (t) duc (t) +2λ +ω2o .uc (t)=0 2 dt dt En déduire les expressions de 0 et λ 

0,75 C 3. Sachant que λ =40. Déterminer R, L puis E. 0,5 A2 4. Montrer que l’énergie ne se conserve pas dans le montage. Sous quelle forme est elle dissipée ? 5. Calculer la variation de l’énergie entre les instants de dates t1=0s et t2 =2,75T0.Voir figure-3- 1,5 C 0,5 A2 6. Représenter l’allure de la courbe d’évolution de la tension u2(t) visualisée sur la voie Y2.

IIOn débranche les deux résistances, puis on refait la même expérience que précédemment. 1. Ecrire l’équation différentielle vérifiée par la tension uc aux bornes du condensateur. 2. Montrer que cette équation différentielle admet pour solution l’équation u=UCM sin(0t+). Avec UCM,  et 0. Des grandeurs dont on déterminera les expressions et les valeurs. 3. Déterminer l’expression instantanée i(t). 4. L’énergie électromagnétique emmagasinée dans la bobine est notée EL. 2 Montrer que EL = y1 + y2(t), avec y1, une fonction constante et y2(t)=Y2Max.sin( t+2). T Déterminer y1, T, Y2Max et 2.

0,5

A2

0,75 A2 0,5 A2

1

C

-Fin du sujet-

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