Sujet2 (bac 2011-2012)

REPUBLIQUE TUNISIENNE MINISTERE DE L’EDUCATION SUJET DE REVISION - BACCALAUREAT – N°2 SECTION : Sciences Expérimentales

ANNEE SCOLAIRE : 2011 - 2012 Coef : 4

Epreuve : SCIENCES PHYSIQUES

Prof : BACCARI. ANIS -

Le sujet comporte 4 pages

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Chimie (7points) Exercice n°1 (4points) On réalise l'oxydation des ions iodure I- par l'eau oxygénée H2O2. C'est une réaction lente. La réaction étudiée fait intervenir les couples : H2O2 / H2O et I2 / I-. L’équation bilan de la réaction étudiée s'écrit : H2O2 + 2I- + 2H3O+

4 H 2O + I 2

Dans un bécher, on mélange 10 mL d'acide sulfurique concentré et un volume V1=18 mL d'iodure de potassium KI de concentration C1 =10-1 mol .L-1. À l'instant de date t = 0, on verse dans ce bécher, en agitant, un volume V2 = 2mL d'eau oxygénée de concentration C2 = 10-1 mol .L-1. [I2](10-3mol.L-1) À différentes dates, on suit la formation de I2 au cours 7 du temps. On obtient le graphe [I2] = f (t). 6 + 1°) Les ions H3O jouent, dans cette réaction, le rôle 5 4 3 d'un réactif ou d'un catalyseur ? Justifier. 2°)-a- Calculer les quantités de matières initiales (en 2 moles) des ions iodure I- et de l'eau oxygénée 1 b- Déduire que l'eau oxygénée est le réactif en défaut. 100 200 300 400 500 600 t(s) 3°) a- Dresser le tableau d’avancement de cette réaction b- Déterminer la valeur de l’avancement final xf sachant que cette réaction est totale. c- En déduire la concentration du diiode I2 à la fin de la réaction, cette valeur est-elle en accord avec le graphe ? 4°) a- définir la vitesse volumique instantanée de la réaction. Calculer sa valeur à t = 100 s. b- Expliquer graphiquement comment évolue la vitesse au cours du temps ? Quel facteur cinétique permet d'expliquer cette évolution ? 5°) Définir puis calculer le temps de demi-réaction t1/2 Exercice n°2 (3 points) Les mesures sont faites a 25°C , température a laquelle le produit ionique de l’eau est Ke = 10-14 On considère une solution aqueuse (S0) d’acide méthanoïque HCOOH de concentration molaire C0 = 10-1 moℓ.L-1 . La mesure du pH de la solution obtenue donne pH0 = 2,4 . 1°) a- Montrer que l’acide méthanoïque est un acide faible . b- Ecrire alors l’équation de sa réaction d’ionisation dans l’eau . 2°) On se propose de préparer par dilutions successives, des solutions aqueuses de cet acide a partir de la solution (S0) . La mesure du pH de chacune des solutions obtenues a permis de tracer la courbe représentée sur

la figure ci-dessous donnant les variations du pH en fonction de -ℓogC . a- Dresser le tableau d’avancement de la réaction d’ionisation de l’acide méthanoïque dans l’eau b- En précisant les approximations utilisées : pH b-1) Montrer que l’expression de la constante d’acidité Ka du couple HCOOH/HCOO- s’écrit :

3,4

2,4

b-2) Montrer que l’expression du pH de la solution aqueuse de l’acide méthanoïque s’écrit sous la forme : pH = c- Déterminer l’équation de la courbe pH=f(-logC) d- En déduire la valeur du pKa du couple HCOOH/HCOO- .

1,9

0

1

3

-ℓogC

Physique (13points) Exercice n°1 (7 points) On considère le circuit, de la figure 1, qui comporte :

-Une bobine d'inductance L et de résistance négligeable. - un générateur de tension constante E =10 V. - un conducteur ohmique de résistance R = 1 kΩ. - des fils de connexion, un interrupteur simple, un Commutateur et un oscilloscope bicourbe. I. Etude expérimentale d'un circuit RL Le schéma du montage réalisé est représenté sur la figure1. On ferme l'interrupteur à l'instant de date t0 = 0 s et on enregistre l'évolution de la tension uR(t) aux bornes du conducteur ohmique de résistance R en fonction du temps. On obtient l'enregistrement représenté sur la figure 2. 1°) Quelle est l'influence de la bobine sur l'établissement du courant à la fermeture du circuit? 2°) Montrer que l'équation différentielle du circuit peut s'écrire :

UR(v)

figure.2

di (t ) + avec : constante de temps du circuit RL dt que l’on exprimera en fonction de L et R. 3°) a- Déterminer à partir du graphe de la figure 2 la valeur de la constante de temps τ de ce circuit en expliquant la méthode utilisée. b- En déduire la valeur de L 4°) la solution de l’équation différentielle en i est de la forme : . a- Déterminer les constantes ,A et B et écrire l’expression finale de i(t). b- En déduire l’expression de UR (t) et vérifier qu’elle est en accord avec l’allure de la courbe de la figure-2

II. Etude du circuit oscillant : On prendra dans la suite L =1H

figure.3

On réalise ensuite le montage correspondant au schéma de la figure 3 On bascule le commutateur en position 1 pour charger le condensateur puis on le bascule en position 2. A l'aide d'un oscilloscope on enregistre la tension uC(t) aux bornes du condensateur dont le graphe est représenté sur la figure 4. L'enregistrement débute à l'instant de date t0 = 0 s qui correspond au basculement du commutateur en position 2. 1°) Etablir l'équation différentielle traduisant les

figure-4

uC(V)

variations de la tension uC aux bornes du condensateur. 2°) Déduire la nature des oscillations. 3°) Déterminer la période propre T0, la fréquence propre N0 et la pulsation propre ω0 du circuit (LC). 4°) La solution de l'équation différentielle est: uC(t) = UCm. Sin (ω0t + φuC ). - Déterminer l'expression de uC (t) aux bornes du condensateur en indiquant les valeurs de UCm, ω0 et φuC. 5°) a- Exprimer l'énergie totale E du circuit en fonction de : L et C, uC (t) et i(t). b- Montrer que cette énergie E est constante. Ee (10-4 J) figure-5 6°) La figure-5 représente les variations de l’énergie électrostatique Ee emmagasinée par le condensateur : a- Justifier théoriquement l’allure de cette courbe. b- Déterminer la relation entre la période TE de l’énergie Ee et la période propre T0 de l’oscillateur. c- Déterminer les valeurs de : TE ; C et E Exercice n°2 (3,5 points) Pour l’atome d’hydrogène, la quantification de l’énergie se

E(eV)

traduit par la relation : En = avec n IN *. 0 n=∞ Sur le diagramme de la figure 1 sont représentés deux niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène. figure-1 1°) a- Déduire, en justifiant votre réponse la valeur de E0 . b- Qu’appelle-t-on énergie d’ionisation de l’atome d’hydrogène ? -13,6 n=1 Donner sa valeur. 2°) a- Recopier puis Représenter sur le diagramme de la figure 1 les niveaux d’énergie pour n compris entre 2 et 5 . b- La figure 2 représente le spectre de l’atome d’hydrogène. Fond noire

Violet

Indigo

Bleu

Rouge

figure-2

- S’agit-il d’un spectre démission ou d’absorption ? - En s’aidant du diagramme précédent, justifier le caractère discontinu de l’atome d’hydrogène.

3°) a- Etablir l’expression de la longueur d’onde n,p de la radiation émise ou absorbée lors de la transition de l’atome d’hydrogène du niveau En au niveau d’énergie Ep en fonction de E0 , de la constante de Planck h, de la célérité c de la lumière , de n et de p . b- Déterminer alors la longueur d’onde 2,3 émise lorsque l’atome d’hydrogène passe du niveau d’énergie correspondant à n =3 au niveau correspondant à n = 2 . On donne : - Constante de Planck h = 6,62.10-34 Js . - Célérité de la lumière dans le vide : c = 3.108 m.s-1 . 1 eV = 1,6.10-19 J. 4°) a- L’atome étant dans un état correspondant au niveau n = 3 ; il reçoit un photon d’énergie W = 0,45 eV. Le photon est-il absorbé ? Justifier votre réponse. b- L’atome étant toujours dans un état correspondant au niveau n = 3 ; il reçoit maintenant un photon d’énergie W’ = 2,5 eV . Montrer que l’électron est arraché et calculer en eV son énergie cinétique EC Exercice n°3 (2,5 points) ETUDE D’UN DOCUMENT SCIENTIFIQUE (Le son) Dès le sixième siècle avant Jésus-Christ, les Grecs avait constaté qu'un son était engendré chaque fois qu'un objet était animé d'un mouvement vibratoire, comme par exemple celui d’une corde ou de la membrane d'un instrument de musique. C'est Isaac Newton qui proposa le premier une modélisation du son : selon lui l'air se comporte comme un gigantesque ressort à trois dimensions, pouvant se dilater ou se comprimer ; la compression-dilatation de l’air, provoquée localement par la vibration d'un objet, se propage alors de proche en proche dans l'air environnant. Actuellement on sait expliquer d’un point de vue microscopique la propagation d'un son : dans l'air par exemple, un choc entre deux objets provoque des vibrations de molécules situées au voisinage du lieu du choc, ce qui induit de très petites variations locales de pression ( dépressions ou surpressions) par rapport à la pression de l'atmosphère à l'équilibre; ces variations locales de pression se transmettent de proche en proche dans tout l'espace environnant et sont détectées finalement par nos oreilles ou par tout autre détecteur ( microphone par exemple). Le son se propage dans tous les milieux dits " élastiques" c'est à dire qui reviennent à leur état d'équilibre initial lorsque une perturbation a fini de les traverser en particulier : un son se propage dans les fluides ( liquides ou gaz ) et plus rapidement dans les solides … D’après : Erreur ! Référence de lien hypertexte non valide. -

Questions :

1- Quelle est la nature du son ? 2- Une onde sonore peut –elle se propager dans le vide ? justifier par une phrase du texte 3- L'onde sonore est-elle transversale ou longitudinale ? Justifier 4- En se référant au texte, citer une grandeur physique permettant de décrire l'évolution temporelle d'une perturbation sonore en un point de l’espace? 5- Quelles sont les dimensions de l'onde sonore et du milieu de propagation ? 6- La célérité du son est-elle plus grande dans les fluides ou dans les solides ? justifier