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REPUBLIQUE DU SENEGAL Un Peuple--Un But-Une Foi

COLLECTION D’EXERCICES DE MATHEMATIQUES

Réalisé par La Convention des Elèves et Etudiants de THIARE et Environ

Pour briller à la surface, il est souvent nécessaire de toucher le fond. Du courage !!!

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SOMMAIRE

Première partie : Physique     

P1 : Travail et puissance mécanique P2 : Energie cinétique P3 : Energie potentielle. Energie mécanique P4 : Calorimétrie P5 : Force et champ électrostatiques. Travail de la force électrostatique. Energie potentielle électrostatique.  P6 : Energie électrique mise en jeu dans un circuit électrique.  P7 : Condensateurs : capacité ; énergie emmagasinée.  P8 : Propagation des signaux et ondes progressives. Interférences mécaniques.

Deuxième partie : Chimie        

C1 : Généralités sur la chimie organique C2 : Hydrocarbures saturés : alcanes C3 : Hydrocarbures insaturés : alcènes et alcynes C4 : Hydrocarbures aromatiques : benzène C5 : Composés organiques oxygénés P6 : L’électrochimie : notion de couple oxydant-réducteur ion métallique/métal P7 : Généralisation de l’oxydoréduction en solution aqueuse P8 : Oxydoréduction par voie sèche

Troisième partie : devoirs et compositions Quatrième partie : corrections

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Jeunes Volontaires au Service de la Science (J.V.S) Cours de Renforcement 2013/2014 Science Physique : niveau 1er S SERIE N°1: TRAVAIL ET PUISSANCE MECANIQUE Exercice 1 : Quel est le travail nécessaire pour mettre en position verticale un poteau homogène de 6 m de long et de masse 190 kg à partir d’une position initiale horizontale sur le sol ? On prendra g = 9,8 N/kg. Exercice 2 :    Le point d’application d’une force F se déplace selon un trajet ABCD repéré à l’aide d’un repère (O, i , j ).    L’unité de longueur est le mètre. Cette force est constante ; F = 200 i - 100 j (en N). Calculer le travail de cette force entre A et D. Données : A (1 ; 1) ; B (2 ; 3,5) ; C (4 ; 2) ; D (5 ; 3) Exercice 3 : On pousse une caisse de poids P = 400 N, de A vers D, selon le trajet ABCD (voir figure ci-dessous). Le  parcours horizontal CD a pour longueur l = 4 m. La caisse est soumise a une force de frottement f , d’intensité f = 50 N, opposée à tout instant au vecteur vitesse du point M. 1. Calculer :  -le travail W( P ) effectué par le poids de la caisse le long du trajet ABCD ;  -le travail W( f ) de la force de frottement sur le même trajet. B 2. Calculer pour le trajet en ligne droite AD :  C H=3m D - le travail W’( P ) du poids ;  30° 45° h = 1m A -le travail W’( f ) de la force de frottement A  f . 3. Conclure. Exercice 4 : Une automobile de masse M = 1200 kg gravit une côte de pente constante 8% à la vitesse de 90 km/h. Le moteur développe une puissance constante de 30 KW. L’air et les frottements divers qui s’opposent à la progression du  véhicule équivalent à une force unique f , parallèle au vecteur vitesse de sens opposé et d’intensité f = 260 N. 1. Quel est pour une montée de durée 1minute : - le travail Wm effectué par le moteur ( c’est à dire le travail de la force motrice développé par le moteur et qui provoque le mouvement du véhicule ) ;  - Le travail W( P ) développé par le poids du véhicule ;   - Le travail W( f ) de la force f ? Quelle remarque ces résultats numériques vous suggèrent-ils ?   2. Quelles sont les puissances de P et de f . Données : une route de pente 8 % s’élève de 8m pour un parcours de 100m le long de la route ; on prendra g = 9,8 N/kg Exercice 5 :

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On possède un ressort à spires non jointives de longueur à vide 10 cm. La limite d’élasticité de ce ressort correspond à max = 20 cm. L’étude de l’allongement sous l’influence d’une masse m a donné les résultats suivants m(g) (mm) 1) Tracer la courbe

10 5

20 9,5

30 15

40 20,5

50 25

60 30

70 35,5

100 51

 

 T  f  ; en déduire le coefficient de raideur de ce ressort.

2) Le ressort n’étant pas chargé, on tire progressivement sur une de ses extrémités de manière à ce qu’il mesure 15 cm. Déterminer le travail de la force qui a permis cet allongement. 3) On place à l’extrémité du ressort une masse de 80 g. Le ressort s’allonge. On tire alors progressivement sur la masse de manière à atteindre la limite d’élasticité de ce ressort. Calculer le travail de la force qui a permis d’obtenir ce résultat. Exercice 6 : Un treuil de rayon r = 10 cm est actionné à l’aide d’une manivelle de longueur L = 50 cm.  On exerce une force F perpendiculaire à la manivelle afin de faire monter une charge de masse m = 50 kg. r Le poids du treuil, de la manivelle et de la corde L → sont négligeables devant les autres forces qui leur sont appliquées (voir figure ci-contre). Les frottements au niveau de la corde sont négligés.  1. Calculer la valeur de la force F pour qu’au cours de la montée, le centre de la charge soit en mouvement rectiligne uniforme.  2. Quel est le travail effectué par la force F quand la manivelle effectue N = 10 tours ? 3. De quelle hauteur h la charge est-elle alors montée ? 4. La manivelle est remplacée par un moteur qui exerce sur le treuil un couple de moment constant.  Le treuil tourne de N = 10 tours. Le couple moteur fournit un travail égal à celui effectué par la force F lors de la rotation précédente. Calculer le moment du couple moteur. La vitesse angulaire du treuil est constant et égale à  = 1 tr.s-1. Quelle est la puissance du couple moteur ? Exercice 7 : Un disque plein de rayon r = 10cm tourne sans frottement autour d’un axe horizontal passant par son centre O. Un fil est enroulé sur le pourtour du disque et supporte une charge de masse M. Une tige homogène de longueur l, de masse m est soudée en A sur la périphérie du disque, de manière à prolonger le rayon OA. 1. Déterminer, en fonction de r, M, l et m, l’angle  que la tige avec la verticale lorsque le système est à l’équilibre. 2. Montrer que dans le cas où M = 300g et m = 100g, la tige doit avoir une longueur supérieure à une valeur que l’on précisera pour que l’équilibre soit possible. 3. Calculer  pour l = 50cm. 4. Calculer le travail minimal qu’un opérateur doit fournir pour faire O tourner le disque jusqu’à amener la tige horizontalement ou bien verticalement r sous le disque, ceci depuis la position d’équilibre.

A

m,l M Exercice 8 : On fait l’étude expérimentale d’un pendule de torsion. Pour diverses valeurs du moment  du couple moteur appliqué, on donne les valeurs des angles de torsion. (10-2 Nm)

0,5

1,0 1,5 2,0

2,5 3,0 5

 (rad)

0,10 0,2 0,3 0,4

0,5 0,6

1. Tracer le graphe  = f(). En déduire la constante de torsion du fil. 2. On fait varier lentement l’angle de torsion de 22° à 32°, on demande le travail du couple moteur et le travail du couple de rappel. Exercice 9 : Une échelle de longueur L= 4,0 m et de masse m=10kg, considérée comme étant sans épaisseur, est posée à plat sur le sol au pied d'un mur (situation 1). On relève cette échelle et on l'appuie contre le mur de telle façon qu'elle fasse avec celui-ci un angle =30°(situation 2) comme le montre la figure. Déterminer le travail du poids de l'échelle lors de cette opération. Exercice 10 : Un skieur et son équipement, de masse m = 80 kg, remonte une pente rectiligne, inclinée d'un angle  = 20°, grâce à un téléski. La force de frottement exercée par la neige sur les skis a la même direction que la vitesse et son sens est opposé au mouvement. Sa valeur est f = 30N. Le téléski tire le skieur et son équipement à vitesse constante sur un distance AB=L=1500m. 1) Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent au système {skieur et équipement} et les re présenter sur le schéma. 2) Déterminer le travail du poids du système lors de ce déplacement. 3) Déterminer le travail de la force de frottement lors de ce déplacement. 4) La tension du câble qui tire le système fait un angle  = 60° avec la ligne de plus grande pente. Déterminer le travail de la tension du câble lors de ce déplacement. Exercice 11 : Un pendule simple est constitué d'une bille de petite dimension, de masse m=50g, reliée à un support fixe par un fil inextensible de longueur L = 60,0 cm et de masse négligeable. On écarte ce pendule de sa position d'équilibre d'un angle 0=30° et on le lâche sans vitesse initiale. 1) Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent à la bille du pendule et les représenter sur un schéma du dispositif. 2) Déterminer l'expression littérale du travail du poids de la bille du pendule entre sa position initiale et une position quelconque repérée par l'angle . 3) Calculer le travail du poids de cette bille entre la position initiale et la position d'équilibre E. 4) Déterminer le travail du poids de la bille entre les positions repérées par 0 et -0. 5) Déterminer le travail de la tension du fil entre deux positions quelconques du pendule Exercice 12 : Un disque de masse m = 100 g, de rayon r = 20 cm tourne autour de l’axe perpendiculaire au disque en son centre. 1) Il est animé d’un mouvement de rotation uniforme, entretenu grâce à un moteur qui fourni une puissance de 36 mW. Un point A, situé à la périphérie du disque est animé d’une vitesse de 2,4 m/s. a) Calculer la vitesse angulaire du disque. b) Calculer la vitesse du point B situé à 2 cm du centre du disque. c) Calculer le moment du couple moteur. 6

d) Calculer le travail effectué par le couple moteur quand le disque tourne de 10 tours. 2) On coupe l’alimentation du moteur : le disque s’arrête au bout de 8 s après avoir tourné de 7,6 tours. Le frottement peut être représenté par une force constante, d’intensité 1,5.10-2 N, tangente au disque. a) Calculer le travail de cette force pendant cette phase du mouvement. b) Calculer la puissance moyenne de la force de frottement durant cette phase. c) Calculer la puissance (instantanée) de la force de frottement au commencement de cette phase.

Exercice 13 : Un solide de masse m = 300 g est suspendu à l’extrémité d’un ressort qui s’allonge de 8,6 cm lorsque l’ensemble est en équilibre. 1) Quel est le coefficient de raideur du ressort ? Un opérateur soulève le solide de 6 cm, il lâche le solide sans lui communiquer de vitesse. Quel sera le mouvement ultérieur du solide s’il n’y a pas de frottement ? 2) Quel est le travail de la tension du ressort lorsque le solide passe à 3 cm avant et après la position d’équilibre ? Exercice 14: Un petit objet ponctuel S, de masse m=2,00kg, glisse sans frottements sur une piste horizontale (HA). Il aborde au point A un tronçon de piste plane (AB) inclinée d'un angle α=20° par rapport à l'horizontale. Sa vitesse au point A est Vo= 8 m.s-1. Déterminer la longueur L=AC dont l'objet S remonte sur la piste AB.

En réalité la longueur parcourue est L’=L-0,2. Déterminer les forces de frottements Exercice 15 : Deux personnes mettent en mouvement une clef en exerçant un couple de force F1 et F2 aux extrémités A et B de la barre. Les directions de F1 et F2 restent orthogonales à la barre au cours de la rotation. F2 B

A F1

1- Calculer le moment du couple formé par F1 et F2. Dépend-il de la position de l’axe de rotation  ? Justifier la réponse. Données : F1 = F2 = 25N ; AB = 1m

2- Calculer le travail du couple lorsque la barre a effectué n = 10tours. Quel est le travail effectué par une personne ? 3- Quelle est la puissance moyenne du couple si la clef a effectué les 10 tours en  = 5min ?

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Jeunes Volontaires au Service de la Science (J.V.S) Cours de Renforcement 2013/2014 Physique-Chimie : niveau 1éreS Chapitre P2 : ENERGIE CINETIQUE Exercice 1 : Un jouet est constitué d’une gouttière ABC (voir figure ci-contre). AB est horizontal, BC est un arc de cercle de centre O et de rayon r = OB = OC = 80 cm. O et B se trouvent sur la même verticale. La gouttière se trouve dans un plan vertical. Une masse m = 100 g peut être mise en mouvement grâce à un ressort, de raideur k = 80 N/m, que l’on comprime à l’aide d’une tirette T. Les frottements sont négligeables sur tout le long de la gouttière. 1) Trouver la compression qu’il faut imprimer au ressort pour qu’il puisse envoyer la masse m jusqu’en C avec une vitesse nulle. On donne α = 60°. 2) On imprime maintenant au ressort une diminution de longueur x = 0,4 m. a) Trouver la vitesse de la masse m au passage par le point C. b) Déterminer la vitesse de la masse m lorsqu’elle tombe au sol en un point D. 3) Quelle devrait être l’intensité f de la résultante des forces de frottement s’exerçant sur le jouet, pour qu’il s’arrête à 2m du point D sur le sol. On donne : g = 10 N/kg Exercice 2 : Un solide (S) de masse m=250g assimilable à un point matériel est lancé à partir d’un point B sur un plan incliné d’un angle =30° avec une vitesse vB=6,1m/s. 1. en supposant les frottements négligeables et le C plan incliné suffisamment long, quelle longueur l devrait parcourir (S) sur le plan incliné avant que M sa vitesse ne s’annule ? (S) 2. En réalité on constate que (S) parcourt une α β distance BC=l1=3,2m le long du plan incliné à cause des frottements. Calculer l’intensité de cette B D force supposée constante entre B et C. A l’extrémité C du plan incliné BC, le mobile (S) aborde sans vitesse une piste circulaire CD, de centre B et de rayon l1=3,2m. La position de (S) sur la piste circulaire CD est repérée par l’angle =(BD, BM). Les frottements sont négligés. Exprimer la vitesse v de (S) au point M, en fonction de l1, ,  et g. Calculer cette vitesse pour =20°. 8

Exercice 3 : Une bille, de masse m = 100 g, glisse à l’intérieur d’un demisphère de rayon r = 1 m et de centre O. P0 Le sphère est soumis à des frottements assimilables à une force unique d’intensité f = 4 N parallèle au déplacement mais de sens opposé. On lâche la bille sans vitesse d’une position P0. 1) Faire le bilan des forces appliquées à la bille.

O

P

1 P

2

2) Exprimer la vitesse V1 de passage de la bille au point P1 en Fonction de r, g et α 3) En déduire sa vitesse V2 lorsqu’elle arrive en P2 (point situé sur la verticale du point O). Prendre g = 10N/ kg 4) A quelle hauteur hmax la bille s’élève-t-il au-dessus du point P1 ? 5) Quelle vitesse initiale devrait-on communiquer la bille à partir du point P1 pour qu’il arrive au point P4 avec une vitesse nulle ? Exercice 4 : On considère la glissière représentée ci-dessous. AB est un plan rugueux incliné d’un angle  = 30° par apport à l’horizontale et de longueur AB = L = 4m. BC un plan horizontale rugueux de longueur L’. CD est un demi-cercle lisse de centre O et de rayon r = 0,5m. L’ensemble du trajet est contenu dans un plan vertical. Un solide de masse m = 100g est abandonné en A sans vitesse initiale. 1 Calculer l’intensité des forces de frottements équivalente à une force unique f s’exerçant sur le solide sur le plan incliné, sachant que le solide arrive en B avec une vitesse VB =11,66m/s 2 Le solide aborde le plan BC dont les frottements ont pour valeur sur ce plan f’ = 0,5N ; et arrive en C avec une vitesse VC = 6m/s . Calculer la distance L’. 3-1 Etablir l’expression de la vitesse du solide en M en fonction de m, g, r,  et Vc. 3-2 En déduire la valeur de la vitesse du solide au point D. 4 Avec quelle vitesse, le solide retombe-t-il sur le plan BC Donnée : On prendra g = 10m/s².

A

D

O

M

 B

C

Exercice 5 :

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Un cylindre plein homogène (masse M = 10 kg, rayon r = 4 cm, axe horizontal O) est lancé en exerçant à l’extrémité d’un fil enroulé autour de lui une force d’intensité F = 80 N. Le cylindre est initialement au repos. a) Quelle vitesse angulaire  acquiert-il lorsqu’un mètre de fil a été déroulé ? Quelle est alors sa fréquence de rotation ? b) Calculer le moment des forces de freinage qu’il faudrait alors appliquer au cylindre pour qu’il s’arrête après avoir effectué un tour.  F . O O

R

Exercice 6 : Une règle homogène de masse m = 400 g, de longueur 2ℓ = 1 m et de moment d’inertie 4 J  m2 a la possibilité de tourner autour d’un axe horizontal passant au voisinage de 3 l’une de ses extrémités. On suppose le mouvement sans frottement. On lâche la règle sans vitesse dans la position où elle forme l’angle  = 60°avec la verticale. Calculer l’énergie cinétique de la règle et la vitesse de son centre d’inertie G lorsqu’elle passe : 1) par la position α = 30° avant la verticale 2) à la verticale de l’axe, au-dessous 3) par la position α = 15° après la verticale. On donne : g = 9,8 N/kg.  α

G

2ℓ

Exercice 7 : Une bille sphérique de masse m =100g et de rayon r = 10cm est lancé à partir d’un point A avec une vitesse VA = 4m/s sur un plan incliné d’un angle  = 30°. L’ensemble des forces de frottement est équivalente à une force unique d’intensité f. 1°) La bille glisse sans rouler sur le plan. La distance maximale parcourue par la bille vaut AB = 1m. Calculer l’intensité de ses forces de frottement. 2°) On suppose maintenant que la bille roule sans glisser sur le plan ; l’intensité des forces de frottement restant la même. a) Quelle est la hauteur maximale atteinte par la bille sur le plan si elle est lancé à partir de A avec la même vitesse de 4m/s ? b) Avec quelle vitesse, la bille repasse-t-il au point B ? Données : J = 2/5mr² ; g = 10m/s². B 10

A

α

NIASS & Frères au service de la science: 776839690 / 774479277 Jeunes Volontaires au Service de la Science (J.V.S) Cours de Renforcement 2013/2014 Physique-Chimie : niveau 1S Chapitre P3: ENERGIE POTENTELLE-ENERGIE MECANIQUE Exercice 1 : Un solide de masse m = 800g glisse sans frottement sur la piste ABCD représentée sur la figure. Les caractéristiques de cette piste sont AB = 1,0m ;  = 60° et R = 0,25 m. La partie AB est rectiligne, la partie BCD est circulaire de rayon R. A D θ

O R B C

Evaluer l’énergie potentielle de pesanteur du solide en A, B, C et D. On prend C comme position de référence et comme origine des altitudes Exercice 2 : Un enfant lance verticalement vers le haut une balle de masse m= 20g. A une hauteur de 1,30m au-dessus du sol, sa vitesse est de 4m.s -1. On néglige la résistance de l’air. 1°) Calculer l’énergie mécanique de la bille en précisant le niveau de référence pour l’énergie potentielle de pesanteur. 2°) Jusqu’à quelle hauteur la bille va t-elle monter ? 3°) Avec quelle vitesse va t-elle repasser par le point d’altitude 1,30m ? 4°) Avec quelle vitesse va t-elle atteindre le sol ?

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Exercice 3 : Un pendule simple est formé d’une bille, assimilable à un point matériel, qui est suspendue à l’extrémité d’un fil inextensible OA de longueur l = 75 cm. Le fil est accroché par son autre extrémité en un point fixe O. On n’écarte le pendule de sa position d’équilibre d’un angle  = 30° et on l’abandonne sans vitesse initiale. On néglige tout frottement. 1° Déterminer : a) La vitesse de la bille lors du passage par la position d’équilibre M ;

O α

l A

M

N

Sol

N

sol

NIASS & Frères au service de la science: 776839690 / 774479277 b) L’angle β dont s’écarte le fil par rapport à la position d’équilibre après avoir dépassé le point M. 2°) On recommence l’expérience précédente. Mais cette fois le fil casse lors du passage par la position d’équilibre. Quelle est la vitesse de la bille lorsqu’elle atteint le sol au point N? Le point O est à 2 m au dessus du sol. Exercice 4 : Une barre AB, homogène, de section constante, de masse M = 4kg et de longueur L = 1,4m est mobile sans frottement au tour d’un axe horizontal situé au voisinage immédiat de son extrémité A. A l(instant t = 0, La barre est horizontal et son énergie potentielle est nulle, on communique alors son extrémité B une vitesse V vertical, dirigée vers le bas, de valeur V = 5m/s. a) Calculer l’énergie mécanique de la barre au début de son mouvement / On donne : J = 1/3.ML². b) Quelle est au cour du mouvement, la hauteur maximale atteinte par le pont B ; La repérer en prenant comme référence le niveau de l’axe. c) Quelle est la vitesse angulaire w de la barre lorsque le centre d’inertie G passe par l’altitude zB = -1m ? Pour quelle valeur de zB la vitesse angulaire est – elle maximale ? Calculer numériquement wmax correspondante. d) Quelle valeur minimale V min faut-il donner à la vitesse initiale du point B pour que la barre fasse le tour complet de l’axe. e) On lance désormais la barre à partir de la même position horizontale, mais en imprimant au point B une vitesse verticale V dirigée vers le haut de valeur V’ = 10m/s. Quelles sont les vitesses V1 et V2 du point B lorsqu’il passe à la verticale, respectivement, au dessus de l’axe puis au dessous ?

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Exercice 5 : Un pendule de torsion est constitué d’un fil de torsion vertical au quel est suspendu par son centre un disque. Le moment d’inertie du disque par rapport à l’axe de rotation  est J. La constante portion du fil est . On tord le fil d’un angle 0 correspondant à une rotation de deux tours, l’extrémité supérieure étant fixe, puis on abandonne le système sans vitesse initiale. Calculer la vitesse angulaire du disque lorsque la torsion du fil est égale à la moitié de 0, puis lorsqu’elle est nulle. Données :  = 0,010Nm/rad ; J = 0,02kgm².

NIASS & Frères au service de la science: 776839690 / 774479277 Exercice 6 : Un solide de masse m peut glisser sans frottement sur plan incliné d’un angle  par rapport à l’horizontal. Il est abandonné sans vitesse initiale. Après un parcours de L, il comprime un ressort de raideur k ( voir croquis) … 1-)Considérant le système (ressort +masse m)dans le champ de pesanteur, dire sans calcul les transformations d’énergie qui se produisent : -Lorsque le solide se déplace de O à A, -Lorsque le solide comprime le ressort de A à B . 2-) Trouve la diminution de longueur du ressort au moment ou le solide s’immobilise avant de faire demi-tour . On donne :m =100 g; k=100N /m;  = 30° ; l = 20cm.

Exercice 7 : Une glissière est constituée d’une partie rectiligne AB de longueur l =1m et d’un arc de cercle BC de centre O, de rayon r =2m , d’angle au sommet o = (OB, OC) =60°(voir figure). Un solide ponctuel de masse m =100g est lâché du point A sans vitesse initiale. 1) Calculer l’énergie potentielle de pesanteur du solide aux points A, B et D.

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On choisira l’état de référence le plan horizontal passant par O, et l’origine des altitudes en B 2) En supposant les frottements négligeables, calculer : a) La vitesse du solide en B. b) La valeur de l’angle 1= (OD, OC) sachant que le solide arrive en D avec la vitesse V D =3,85m/s. 3) En réalité sur la partie circulaire BC, il existe des frottements ainsi, la vitesse du solide en D a diminué de un tiers de sa valeur sans frottement. Déterminer l’intensité des forces de frottements supposée constante responsable de cet écart. A

B

D O

C

NIASS & Frères au service de la science: 776839690 / 774479277

Chapitre P4 : CALORIMETRIE Exercice 1 : Transformation de l’énergie cinétique en énergie thermique

Le conducteur d’une automobile de masse m = 1tonne roulant initialement à la vitesse de 108km/h sur une route horizontale, freine et arrête son véhicule. 1) Sous quelle forme s’est transformée l’énergie cinétique du véhicule ? 2) Quelle est la quantité de chaleur dissipée au niveau des freins et des pneus ? Exercice 2 : Dégradation de l’énergie mécanique

Un bloc de cuivre de masse m = 2kg est lâché sans vitesse initiale du premier étage d’une maison d’une hauteur H = 4m du sol. Elle rebondit à son arrivée au sol avec une vitesse de 1m /s. Quelle est la quantité de chaleur produite au cours du rebond ? Exercice 3 : Capacité calorifique d’un calorimètre Le calorimètre, ayant été ouvert avant l’expérience, se trouve initialement à la température de la salle θ0 = 20°C. On introduit une masse m = 200g d’eau chaude, de température θ1 = 45°C. Au contact du vase calorimétrique et ses accessoires, l’eau se refroidit et l’on mesure une température finale d’équilibre θ e = 40,5°C. Déterminer la capacité calorifique du calorimètre et ses accessoires. Exercice 4 : Chaleur massique d’un solide Dans un calorimètre contenant 50g d’eau à θ1 = 18,0°C, on introduit 14,57g d’eau à θ2 = 42,2°C. La température d’équilibre est θe = 22,3°C. On suppose que l’isolation thermique est parfaite. 1) Quelle est la capacité calorifique du calorimètre ? 2) Un morceau d’aluminium de masse M = 8,11g, de chaleur massique inconnue c, initialement chauffée à la température de θ3 = 150°C ; est introduit dans le calorimètre. Après avoir agité quelques instants, la température se stabilise à la valeur θ’e = 28,4°C. En déduire la chaleur massique du solide.

On donne : chaleur massique de l’eau : ce = 4180 J.kg-1.K-1. 14

Exercice 5 : Chaleur latente de fusion de la glace U n calorimètre contient m1 = 200g d’eau froide à la température θ1 = 12,0°C, on ajoute une masse m2 = 200g d’eau tiède à la température θ2 = 27,9°C. La température d’équilibre est θe = 19,5°C. 1) Déterminer la capacité calorifique μ du calorimètre et ses accessoires. 2) On introduit ensuite un morceau de glace, de masse m = 50g a température initiale θ 3 = -30°C. Sachant que la température finale d’équilibre du mélange est θ’e = 7,4°C, en déduire la chaleur latente de fusion Lf de la glace. On donne : chaleur massique de l’eau ce = 4180 J/kg.K ; chaleur massique de la glace cg = 2100 J/kg.K Exercice 6 : température d’équilibre d’un système Dans un calorimètre de valeur en eau 33,5g ( c'est-à-dire ayant même capacité thermique que 33,5g d’eau) renfermant une masse d’eau m1 = 200g à la température θ1 = 20°C, on introduit un morceau de glace de masse m2 = 60g à 0°C. 1) La glace va-t-elle fondre entièrement ? Justifier. 2) Sinon, déterminer la masse m’ de la glace non fondue. 3) Quelle masse d’eau chaude prise à 25°C faut-il ajouter dans le calorimètre pour faire fondre toute la glace restante si : a) La température d’équilibre après fusion valant 0°C b) La température d’équilibre après fusion valant 20°C On donne : chaleur latente de fusion de la glace Lf = 335 KJ/kg ; chaleur massique de l’eau ce = 4180J/kg.K Exercice 7 : quantité de chaleur 1) Calculer la quantité de chaleur nécessaire pour transformée une masse m = 100g de glace à -180°C en vapeur d’eau à 100°C. 2) Calculer en megajoules, la quantité de chaleur Q1 cécessaire au passage d’une tonne de soufre de 40°C(à l’état solide) à 115°C( à l’état liquide). On donne : chaleur massique de la glace cg = 2100 J/kg.K, chaleur massique de l’eau ce = 4180 J/kg.K ; chaleur latente de fusion de la glace Lf = 335 KJ/kg , chaleur latente de vaporisation de l’eau Lv = 2260KJ/kg, chaleur massique du soufre solide cs = 750J/kg.°C, chaleur latente de fusion du soufre à 115°C L’f = - 41800J/kg Exercice 8 : Fusion partielle. Masse de glace restante Un vase calorimétrique contient 350g d’eau à 16°C. La capacité calorifique du vase et de ses accessoires est  = 80 J.K-1. 1) On plonge dans l’eau de ce calorimètre, un morceau de glace de masse 50g prélevé dans un congélateur à la température de –18°C. Quelle est la température d’équilibre sachant que toute la glace a fondu ? 2) On ajoute dans le calorimètre un nouveau morceau de glace de masse 50g, toujours prélevé dans un congélateur à la température de –18°C. On constate que ce nouveau morceau de glace ne fond pas entièrement. a) Quelle est la masse de glace restante et la température d’équilibre ? b) Quelle quantité de chaleur doit-on fournir au calorimètre, pour faire fondre toute la glace et que la température finale d’équilibre soit 20°C. c) En déduire la température initiale de 200g d’eau chaude nécessaire pour faire cette opération. On donne : chaleur massique de la glace cg = 2100 J/kg.K, chaleur massique de l’eau ce = 4180 J/kg.K ; chaleur latente de fusion de la glace Lf = 335 KJ/kg , Exercice 9 : Pouvoir calorifique d’un combustible Un chauffe-eau à gaz est alimenté par du butane. Le pouvoir calorifique du butane P = 50MJ/kg. Le rendement du chauffe-eau est de 80%. Quelle est la masse de butane consommée pour un bain? On donne : volume d’eau utilisée V = 40L ; température initiale de l’eau θ1 = 16°C ; température finale de l’eau θ2 = 35°C ; chaleur massique de l’eau ce = 4180J/kg.°C Exercice 10 : Puissance thermique De la vapeur d’eau à la température θ1 = 100°C sous la pression de 1bar est introduite dans un serpentin baignant dans de l’eau liquide. La vapeur se condense, l’eau sort du serpentin à la température de 80°C avec un débit de 0,1L/min. Calculer la puissance thermique reçue par le serpentin. On donne : ce = 4180 J/kg.K ; Lv = 2260KJ/kg NB : La capacité thermique du récipient est négligeable.

15

Exercice 11 : chaleur d’une réaction Les deux réactions : C + O2  CO2 et C +

1 O2  CO sont exothermiques. Les chaleurs de réaction sont 2

respectivement : 395 et 109 kJ/mol. Calculer la chaleur de réaction : CO +

1 O2  CO2. 2

NB : Toutes ces transformations se font sous la pression atmosphérique. Exercice 12 : réaction exothermique ou endothermique. La réaction : C2H2 +

5 O2  2 CO2 + H2O se fait avec un dégagement de chaleur de 1300 kJ. 2

La réaction C + O2  CO2 se fait avec un dégagement de chaleur de 400 kJ. La réaction : H2 +

1 O2  H2O se fait avec un dégagement de chaleur de 248 kJ. 2

Calculer la chaleur produite par la décomposition de 1 kg d’acétylène, suivant la réaction : C2H2  2 C + H2. Celle- ci est-elle exothermique ou endothermique ? NB : Toutes les réactions ci-dessous se font sous la pression atmosphérique, constante.

Chapitre P5 : Force et champ électrostatiques. Travail de la force électrostatique. Energie potentielle électrostatique. Exercice 1 : Soient quatre charges ponctuelles placées chacune au sommet d’un carré ABCD côté a = 5 cm, dont deux charges positives en A et C et deux charges négatives en B et D d’intensité q = 10 -6 C. 1) Calculer l’intensité du champ au centre du carré. 2) Calculer l’intensité du champ en A.  3) A quelle force F est soumise l’une des charges de la part des deux autres ? Exercice 2 : Deux plaques métalliques parallèles verticales portent les charges +q et –q.Leur distance est égale à d=5cm. Un petit pendule électrisé de masse m=0,20g portant une charge électrique q1=0,20.10-8C est suspendu à un fil isolant de longueur l=20cm qui fait un angle α=10° avec la verticale. g=9,8N. Kg -1 1) Donner la direction, le sens et l’intensité de la force électrostatique exercée sur le pendule. 2) En déduire la valeur du champ électrostatique régnant entre les plaques 3) Calculer la différence de potentiel entre les plaques. Exercice 3 : Dans un canon à électron, un électron quitte le filament ; il est accéléré par un champ électrique créé entre deux plaques. Il passe d’un point K de potentiel électrique VK = -20 V à un point C de potentiel électrique VC = 20 V. 1) Calculer la variation d’énergie potentielle de l’électron lorsqu’il passe de K en C. 2) Calculer le travail de la force électrique appliqué à l’électron entre K et C.

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3) Calculer sa variation d’énergie cinétique entre K et C. Exercice 4 : Deux plaques conductrices A et B parallèles sont distantes de d=2cm. A est porté au potentiel +10V et B au potentiel -5V. 1) a- Trouver la différence de potentiel (d.d.p) entre A et B. b- Trouver l’intensité du champ électrique qui règne entre les plaques. c- On double la distance d, quelle est la nouvelle valeur du champ ? 2) a- Déterminer la position du plan (Po) de potentiel nul b- Une charge ponctuelle q placée dans ce plan (Po) est-elle soumise à une force électrostatique ? c- Calculer le travail de la force électrostatique appliquée à l’électron lorsqu’il est déplacé du plan (Po) à la plaque B. Exercice 5 : Un proton est libre de se déplacer entre deux plaques verticales parallèles PA et PC .Entre ces deux plaques il existe une différence de potentiel telle que | VA –VC|=1,0.103V 1- Quel est le signe de cette différence de potentiel si le proton va spontanément vers PC 2- Quel est le travail de la force électrostatique lorsque le proton passe de PC en PA ? 

3- Quelles sont les caractéristiques du champ E entre PA et PC si la distance entre les plaques est d=4cm ? 4 – Quelles sont les caractéristiques de la force qui s’exerce sur le proton ? 5- Le proton partant de la plaque PC avec une vitesse nulle, quelle est sa vitesse en arrivant sur la plaque PA ? 6- On multiplie la différence de potentiel par 4, que deviennent les résultats précédents ? Donnée numérique : mp =1,7.10-27Kg Charge du proton : qp = 1,6.10-19 C Exercice 6 : Dans un champ électrique uniforme horizontal de valeur E, se trouve un pendule électrisé dont la boule B de masse m porte une charge électrique ponctuelle q ; la longueur du fil isolant est l. 

En l’absence de champ, le pendule est dans la position verticale OGo. Lorsque le champ E existe, le pendule se déplace et prend la position OG faisant avec OGo l’angle α. 1) Faire le schéma. Calculer l’angle α. 

2) Calculer la valeur de la force électrique F s’exerçant sur la boule B. 

3) Calculer le travail de la force électrostatique constante F dans le déplacement GoG. 4) En déduire la valeur du potentiel électrique en G, en supposant le potentiel nul en Go. Dessiner l’équipotentiel passant par G. Données : E=2V.m-1 ; m=0,20g q=+2.10-7C ; l=30cm ; g=9,8 N.Kg-1 Exercice 7 : Ce problème étudie de manière très simple la déviation d’un faisceau d’électrons par des plaques déflectrices P1 et P2 horizontales dans un tube cathodique où règne le vide. Les électrons pénètrent en O entre les plaques P1 et 

P2 à la vitesse Vo et ressortent en M. Le point O est à la même distance l=3cm des deux plaques et Vo=107m.s-1 1) On établit entre les plaques la tension UP1P2 =U=600V 

Déterminer la direction, le sens et l’intensité du champ E supposé uniforme qui règne entre les plaques. 

2) Donner les caractéristiques (direction, sens et intensité) de la force électrostatique Fe qui agit sur l’électron. - la comparer à son poids et conclure -justifier le sens de la déviation observée. 3) L’axe x’Ox pénètre dans le champ électrostatique en O et en K. -Montrer que la ddp entre O et K est nulle. - Calculer la ddp VM-VK sachant que MK=1,3cm. En déduire la valeur de la ddp V0-VM. 4) En appliquant le théorème de l’énergie cinétique à un électron entre ses passages en O et M, calculer la vitesse vM acquise par ce dernier à la sortie de M. Données : masse électron me=9,1.10-31Kg ; charge de l’électron e=-1,6.10-19C

17

EXERCICE 8 : Un électron animé de la vitesse Vo pénètre dans l’espace compris entre deux plaques métalliques chargées 



A et B où règne un champ électrostatique E . la distance des plaques est d. La vitesse plaques. On observe que l’électron est dévié de sa trajectoire et sort du champ en S. On pose VA – VB = U.

Vo est parallèle aux



1 – Calculer l’intensité du champ E dans l’espace compris entre A et B. 2 – Calculer les potentiels électriques VO et VS des points O et S, d’abscisses xO et xS. On pose VB = 0V 

3-

Calculer l’énergie potentielle de l’électron dans le champ E aux points O et S, puis le travail de la force électrostatique lors du déplacement de O vers S.

4-

Calculer la vitesse VS de sortie de l’électron au point S.

On donne VO=1,4. 107 m/s -31 me= 9,1.10 Kg

d =5cm

U=100V;

xo=1cm

xS =1,5cm

+ + + + + + + + + + + Chapitre P6

A

: ENERGIE ELECTRIQUE MISE EN JEU DANS UN CIRCUIT ELECTRIQUE

d vs S Exercice 1 : Aux bornes d’un récepteur traversé par un courant d’intensité I = 0,3 A est appliquée une tension de 24 V. 1) Calculer la puissance électrique reçue par ce récepteur. O v0 2) Calculer l’énergie électrique reçue s’il fonction _ durant _ _3h. _ _ _ _ _ B Exercice 2 : _ _ Un électrolyseur de f.c.é.m. e = 2 V de résistance r = 10 , est parcouru par un courant d’intensité 0,5 A. 1) Quelle est la puissance électrique reçue par ce récepteur ? 2) En 2 h de fonctionnement, quelles sont les quantités : - d’énergie électrique consommée ? - d’énergie électrique utilisée pour provoquer les réactions chimiques ? - de chaleur dégagée, 3) Calculer le rendement de l’électrolyseur. Exercice 3 : Une pile fournie au circuit extérieur une puissance de 11,25 W. cette pile a une f.é.m. E = 5,5 V et une résistance r = 0,2 . 1) quelles sont les valeurs possibles de l’intensité ? 2) Calculer la puissance électrique engendrée, la puissance fournie au circuit, la puissance Joule et le rendement de la pile. Exercice 4 : On associe en série une batterie d’accumulateurs (de f.é.m. E = 18 V et de résistance interne r = 1,2  ). Un conducteur ohmique (de résistance R = 4,8  ), un moteur ( de f.c.é.m. E’ et de résistance r’ ) et un ampèremètre de résistance négligeable. 1) On empêche le moteur de tourner. L’intensité du courant dans le circuit vaut alors I = 2,1 A. calculer r’. 18

2) Le moteur tourne maintenant à la vitesse de 150 trs.min -1 ; l’intensité du courant vaut I’ = 1,2 A. calculer E’. Calculer la puissance électrique consommée par chaque dipôle. Quel est le moment du couple moteur ? 3) Quel est le rendement de ce circuit. Exercice 5 : La portion de circuit AF ci-dessous est parcourue par un courant d’intensité I = 2 A. 1) Calculer les tensions UAB, UAD, UAF. 2) Quelle est la puissance électrique reçue par le dipôle CF ? (E1, r1) ( E’, r ) ( E2 ; r2 ) A  Valeurs numériques :

B

C

D

R

F

E1 = 6 V ; r1 = 2 ; E’ = 2 V; r = 3  E2 = 1 V ; r2 = 0,2 ; R = 5 

Exercice 6: On réalise le montage ci-dessous comprenant en série: - un générateur (f.é.m. Eo = 30 V, résistance interne ro négligeable) ; - une résistance variable (ajustable) R ; - un électrolyseur (f.c.é.m. E’1 = 20 V, résistance r2 = 0,5 ) - un interrupteur K. ( E’1, r1) ( E’2, r2 ) M R (Eo ,ro)

(K)

1) On choisit R = 10  et on ferme l’interrupteur. Calculer l’intensité I du courant. 2) Calculer la puissance utile disponible sur l’arbre du moteur. 3) L’électrolyte (solution ionique) présent dans l’électrolyseur a pour masse m = 100 g ; sa capacité thermique massique est c = 4,2 kJ.Kg-1.K-1 et on néglige la capacité thermique de la cuve. Pendant combien de temps le courant doit-il circuler pour que la température de l’électrolyte s’élève de 2°C ? Exercice 7 : Un petit moteur électrique récupéré dans un vieux jouet d’enfant est monté en série avec un conducteur ohmique de résistance R = 4 , une pile ( f.é.m. E = 4,5 V, résistance interne r = 1,5  ), un ampèremètre de résistance négligeable et un interrupteur K. 1) Faire un schéma du montage. 2) Lorsqu’on ferme l’interrupteur, le moteur se met à tourner et l’ampèremètre indique un courant d’intensité I = 0,45 A. En déduire une relation numérique entre la f.c.é.m. E’ du moteur (en V) et sa résistance r’ (en  ). 3) On empêche le moteur de tourner et note la nouvelle valeur de l’intensité : I’ = 0,82 A. En déduire les valeurs numérique en S.I., de r’ et de E’. 4) Déterminer pour 5 min de fonctionnement du moteur : -l’énergie E1 fournie par la pile au reste du circuit, -l’énergie E2 consommée dans le conducteur ohmique, -l’énergie utile E3 produite par le moteur. Exercice 8 : On branche un rhéostat aux bornes d’un générateur de f.é.m. E = 5 V et de résistance interne r = 2 . Soit R la résistance du fil du rhéostat comprise entre le curseur C et la borne A (voir figure ci-dessous). 1) Exprimer l’intensité I du courant en fonction de E, r et R. Faire l’application numérique pour R = 6 . 2) Exprimer la puissance P reçue par le rhéostat en fonction de E, r et R. 3) Pour qu’elle valeur de E la puissance P est-elle maximale ? Faire un calcul littéral, puis numérique. K

( E, r ) C

Rh 19

Exercice 9 : Un électrolyseur dont les électrodes sont en fer contient une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium. On le soumet à une tension réglable U ; I est l’intensité du courant qui le traverse. 1) a) Faire un schéma du montage en mettant en place les éléments suivants : - générateur continue à tension de sortie réglable ; - interrupteur ; - rhéostat, électrolyseur, ampèremètre, voltmètre. b) Donner le nom du montage. 2) Les résultats des différentes mesures sont consignés dans le tableau suivant : U 0 0,5 1,0 1,5 1,6 1,7 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 (V) I (A) 0 0 0 0 0,02 0,03 0,05 0,10 0,29 0,50 0,71 0,92 1,10 1,32 Tracer la caractéristique intensité-tension de l’électrolyseur en prenant : en abscisse : 1 cm pour 100 mA

a) Echelle :

en ordonnées : 1 cm pour 0,5 V b) Donner l’équation de la partie linéaire de cette caractéristique sous la forme : U = a + bI. 3) En déduire les valeurs, en unités S.I., de la f.c.é.m. E’ et de la résistance r’ de l’électrolyseur lorsqu’il dans la partie linéaire de sa caractéristique. 4) L’électrolyseur précédent est désormais branché aux bornes d’une pile de f.é.m. E = 4,5 V et de résistance r = 1,5 . -Calculer l’intensité i du courant qui le traverse. -Quelle puissance électrique reçoit-il ? -Quelle puissance dissipe-t-il par effet Joule ? -De quelle puissance utile dispose-t-il pour effectuer les réactions chimiques aux électrodes ? 5) Ecrire les équations-bilan des réactions aux électrodes sachant qu’on observe : -à l’anode : une oxydation des ions OH- avec dégagement de dioxygène ; -à la cathode : une réduction de l’eau avec production de dihydrogène. Faire le bilan de l’électrolyse. Commenter.

SérieP7 : CONDENSATEUR : Capacité, Energie emmagasiné EXERCICE 1 : On considère les schémas suivants où I est une constante positive. C

C

C

i

i =0

A

C i

u 0 C

i

u >0 D

Dire, pour chacun des quatre cas, avec justification, si le condensateur : - est en train de se décharger ; - est en train de se charger ; - garde une charge constante. NB : en A U > 0, en B i > 0, en C i > 0, en D i > 0 EXERCICE 2 : Un condensateur de capacité C1 est chargé sous une tension constante U = 40 V (l'interrupteur K1 est fermé et K2 est ouvert). On donne : C1 = 5 µF et C2 = 20 µF

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1) Calculer la charge Q0 acquise par le condensateur de capacité C1. 2) Dès que la charge du condensateur C1 est terminée, on ouvre

K1

K2

C1

U

C2

l'interrupteur K1 et on ferme l'interrupteur K2. Le condensateur de capacité C2 est initialement non chargé. 2.a- Calculer la charge finale de chaque condensateur. 2.b- Calculer l'énergie électrostatique initiale et finale emmagasinée dans les deux condensateurs. Interpréter. EXERCICE 3 : On considère le montage de la figure ci-contre. On donne : C1 = 3 µF ; C2 = 2 µF ; C3 = 4 µF ; E = 120 V. + Q2

1) Calculer la capacité équivalente Ce du condensateur entre A et D. 2) Calculer la charge finale Q du condensateur équivalent.

A

+ Q1

-Q1

EXERCICE 4 : On dispose d’un condensateur de capacité C inconnue. Pour déterminer C, on se propose de charger le condensateur à l’aide d’un de

D

B

+ Q3

3) Calculer les valeurs des tensions UAB et UBD et en déduire les valeurs des charges Q1, Q2 et Q3.

-Q2

E

-Q3

E

K

R A

I0 gé ner at eur de cour ant

C

u

V

générateur de courant qui débite un courant constant I = 0,50 mA. On mesure la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps. On obtient les résultats suivants : t(s) 0 11 23 34 46 57 68 80 u(V) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 1) Tracer la courbe de la fonction u = f(t). Echelles : abscisses : 1 cm pour 5 s ; ordonnées : 1 cm pour 1,0 V. 2) Déterminer graphiquement la constante de temps t en justifiant la méthode utilisée. 6

3) Sachant que R = 2.10 Ω, en déduire la capacité C du condensateur. EXERCICE 5 : A l’aide du montage représenté ci-dessous, on obtient l'oscillogramme.

21

Réglages de l’oscilloscope : - base de temps : 2 ms/div - sensibilité verticale sur les deux voies : 1,0 V/div 1) Comment doit-on relier les points A, B et D du circuit aux trois bornes entrée Y 1 , entrée Y2 et masse — de l'oscilloscope ? 2) A partir de l'oscillogramme, déterminer : - la période T de la tension en créneaux délivrée par le G.B.F. ; - la tension maximale U0 délivrée par le G.B.F.. 3) Utiliser l'oscillogramme pour évaluer la constante de temps t du circuit. Sachant que R = 2,0 kΩ, en déduire la valeur de la capacité C du condensateur. EXERCICE 6 : Afin d'étudier la charge et la décharge d'un condensateur, on réalise un circuit comportant en série (voir figure) : - un GBF qui délivre une tension rectangulaire ; - un conducteur ohmique de résistance réglable R ; - un condensateur de capacité C = 100 nF. Avec R = 10 Ω, on obtient l'oscillogramme ci-dessus. Les réglages de l'oscilloscope sont :  Sensibilités verticales : - voie Y1 : 1,0 V.div -1 ; - voie Y2 : 0,5 V.div -1  durée de balayage : 2 ms.div -1 1) Reproduire le schéma en indiquant les branchements les fils de masse et des entrées Y1 et Y2 de l'oscilloscope nécessaires pour visualiser respectivement la tension fournie par le GBF et une tension permettant de connaître l'intensité du courant qui traverse le circuit. On utilisera les symboles  Y1 ;  Y2 ; —[ 2) Identifier les courbes et interpréter le phénomène observé principalement dans les zones PQR et P'Q'R'. 3) Déterminer grâce à l'oscillogramme : - la fréquence de la tension délivrée par le GBF ; - la tension maximale U0 aux bornes du condensateur ; - la valeur maximale I0 du courant qui traverse le circuit. 3) On garde constante la valeur de la tension U0 et on modifie la valeur de la résistance. Quelle conclusion peuton en tirer ? 22

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Série C1 : Généralités sur la chimie organique Exercice1 : 1) Donner le schéma de Lewis de chacun des atomes suivants : C (z=6) ; H (z=1) ; O (z=8) et N(z=7). 2) En déduire les formules semi développées des molécules suivantes : C4H10 ; C3H6O ; C2H6O ; C3H9N ; C2H4O2 ; C3H6. 3) Préciser les types d’isomères correspondant à chaque molécule. Exercice 2: la combustion complète d’une masse m1=0,182g d’un corps A de formule CXHY , fournit une masse m2=0,372g de dioxyde de carbone et une masse m3=0,114g d’eau. 1) Déterminer la composition massique de A en ses éléments constitutifs. 2) En déduire les valeurs des rapports et . 3) La masse molaire de A est M=86g/mol. Déterminer la formule brute de A. Exercice 3 : 24

La combustion, dans du dioxygène, de 0,745g d’une substance organique a donné 1,77g de dioxyde de carbone et 0,91g d’eau. La substance étant vaporisée, la masse de 528,5mL est de 1,18g, la pression étant 700 mm Hg, la température de 100°C. 1. Trouver la densité de la substance à l’état de vapeur. 2. Trouver la composition centésimale massique de la substance sachant qu’elle ne renferme que du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène. Trouver la formule brute du composé Exercice 4 : 500ml d’un hydrocarbure gazeux, volume mesure dans les CNTP a une masse de 0 ,98g. La combustion complète de ce volume nécessite 12,5 l d’air, volume mesure dans les CNTP. 1) Trouver la formule brute du compose. 2) Ecrire les formules semi-développées correspondantes. On admet que l’air renferme en volume 20% d’oxygène et que ρair=1,29g/l. Exercice 5 : La dégradation d’un produit pharmaceutique de masse m= 10g a donne 5,94g d’eau et 18,8g de CO2. On sait que le compose renferme en masse 26% d’oxygène et que sa masse molaire est M=184g/mol. Trouver la formule brute du compose sachant qu’il renferme uniquement du carbone de l’hydrogène de l’azote et de l’oxygène. Exercice 6 : Un hydrocarbure renferme 14 % d’hydrogène. 1. Quelles sont les formules brutes possibles pour ce composé ? 2. Quelle est la formule brute qui convient sachant que la densité de vapeur de la substance est d = 2,4. Exercice 7 : Un composé organique B a pour composition centésimale massique : 64,9 % de carbone et 13,5 % d’hydrogène ; l’excédent est constitué par un troisième élément inconnu. On vaporise 20g de cette substance ; la vapeur obtenue occupe un volume de 6,92 L à 35°C et une pression de 105 Pa. 1. Calculer la masse molaire de B. 2. Donner le nombre d’atomes de carbone et d’hydrogène contenus dans une molécule de B. 3. Trouver la formule brute de B. En déduire les formules semi-développées possibles. On rappelle que la constante des gaz parfaits R = 8,314 J.mol -1.K-1.

Série C 2 : Hydrocarbures saturés : les alcanes Exercice1 : 1) Nommer les composés ci-dessous : C2H5 CH3 a) CH3CHCHCH3 b) CH3 CH3

CH3CCH2CH2CHCH3  CH2CH2CH3

c) (CH3)3CCH2I

f) CH2CH CH2CH2CH3 CH2 CCl CH2CH2Br e) CH2CHCH2CH2CH3    C2H5 C2H5 CH3 CH3 CH2 2) Ecrire les formules semi-développées des alcanes dont les noms suivent : a) 2-méthylbutane b) 2,3,6-triméthyloctane c) 2,4-diméthylpentane d) 3-éthyl-2,3-diméthyloctane d)

25

e) 3,4-diéthylhexane

f) 2,3,4-triméthylhexane g) 1-éthyl-2-méthylcyclohexane

3) Ecrire les formules semi-développées des alcanes dont les noms suivent : a) méthylpropane b) 3-éthyl-4-propyloctane c) 3,4,4-tripropylpentane d) 3-éthyl-2-isopropylbutane

3) Nommer les composés suivants : a) CH3-(CH2)3-CH3; b) CH3-CH(C2H5)-(CH2)2-CH(C2H5)-CH3; c) CH3-CHBr-CHCl-CH3; d) CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-CH(C2H5)-CH3 ;

e)

CH2

CH2 Br

CH

CH CH

C(CH3)3 Cl

Exercice 2 : Dans un eudiomètre, on introduit 10 mL d’un alcane gazeux et 80 mL de dioxygéne. On fait jaillir l’étincelle. Après retour aux conditions initiales, on constate après analyse que l’eudiomètre renferme des volumes égaux de dioxyde de carbone et de dioxygéne. 1. Trouver la formule brute de l’alcane. 2. Ecrire les équations traduisant l’action du dichlore sur cet alcane. 3. Combien d’isomères monochlorés, dichlorés, trichlorés obtient-on ? Ecrire les formules semi-développées correspondantes. Exercice 3 : Un mélange contenant n 1 moles de méthane et n2 moles d’éthane produit, par combustion complète avec du dioxygéne en excès, du dioxyde de carbone et de l’eau. La masse d’eau condensée et recueillie est de 21,6g. Le dioxyde de carbone formé est « piégé » dans un absorbeur à potasse. La masse de l’absorbeur s’accroît de 30,8g. 1. Ecrire les équations des réactions de combustion du méthane et de l’éthane. 2. Calculer la quantité de matière d’eau formée. 3. Calculer la quantité de matière de dioxyde de carbone produit. 4. En tenant compte des coefficients stœchiométriques des équations de réaction, exprimer les quantités de matière d’eau et de dioxyde de carbone formés en fonction de n 1 et n2. Calculer n1 et n2. 5. Calculer dans le mélange initial d’alcanes, la composition en masse (exprimée en %) de chacun des deux composés. 6. La quantité de chaleur Q libérée par la combustion complète de 1mole d’alcane CnH2n+2 est donnée par la formule suivante : Q(n) = ( 210 + 680n ) kJ/mol. Calculer en mégajoules, la quantité de chaleur libérée par la combustion de ce mélange. Exercice 4 : Un mélange de propane et de butane est soumis à une combustion eudiométrique en présence de 130 cm 3 de dioxygéne. Après la combustion et le refroidissement des produits, il reste 86 cm 3 de gaz, dont 68 cm3 sont fixés par une solution de potasse et le reste par le phosphore. Déterminer la composition du mélange des deux alcanes sachant que tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions de température et de pression. On donnera le pourcentage molaire ainsi que la densité du mélange. Données : M(H) = 1g/mol ; M(C) = 12g/mol 26

Exercice 5 : La masse molaire d’un alcane est de 86 g/mol. 1. Trouver sa formule brute. En déduire les formules semi-développées des différents isomères et leurs noms. 2. Sachant que la monobromation de cet alcane donne uniquement deux produits différents A1 et A2 ; trouver les formules semi-développées de A1 et A2. Les nommer. Exercice 6 : Un alcane gazeux a une densité égale à 1,034. 1. Déterminer sa formule brute. 2. on fait réagir du dichlore sur cet alcane. On obtient un produit contenant 55,04 % en masse de chlore. 2.1. Déterminer la formule brute de ce produit. 2.2. Ecrire l’équation-bilan de la réaction qui a lieu. 2.3. Définir cette réaction et donner les conditions expérimentales. Exercice 7 : Un hydrocarbure A réagit avec le dichlore pour donner un corps B. Le composé A renferme en masse 7,7 % d’hydrogène et une mole de ce composé pèse 78g. Par ailleurs l’analyse de B montre que sa molécule renferme 6 atomes de chlore et qu’il contient en masse 24,7 % de carbone et 2,11 % d’hydrogène. 1. Quelle est la nature de l’action du dichlore sur A ? 2. Ecrire l’équation-bilan de la réaction. 3. L’étude de B montre qu’il ne réagit pas par addition. 3.1. Donner sa formule semi-développée et son nom sachant que sa molécule est cyclique. 3.2. Par quel procédé peut-on passer du cyclohexane au composé B. Exercice8. 1) L’action du dichlore sur le butane a conduit à un composé de masse molaire M=265g.mol -1. Trouver la formule brute de ce composé. 2) L’action du dibrome sur le méthylprane conduit dans des conditions expérimentales précises à la formation d’un dérivé monosubstitué. a) Ecrire l’équation de la réaction b) Ecrire les formules semi-développées possibles du dérivé. c) En admettant que les atomes d’hydrogène de la molécule de méthylpropane ont la même probabilité d’être substitué par des atomes de brome, déterminer les proportions des différents dérivés bromés dans le mélange.

C3 : Hydrocarbures insaturés : alcènes et alcynes Exercice 1 : Nomenclature d’alcènes et d’alcynes 1) Donner les noms des composés suivants :

CH3

CH3 C

CH2

CH3 H

C

CH

CH2

CH3

CH3

C 2 H5 C

C

CH3

H C

Cl

H

CH3––CH––CH

C Cl

CH––CH3

CH3––CH2––C––C––CH

H CH3 CH3 27

CH3 2) Ecrire les formules semi-développées des composées suivants : a) 3-méthyle pent-1-ène ; b) 2,3-dimèthyl pent-2-ène ; c) 4-éthyl-2-méthyle hex-3-ène ; d) 3-mèthyl but-1-yne e) ( E )-hex-3-ène ; f) (Z)-pent-2-ène. 3) a) Chercher les alcènes isomères de formules brutes C4H8. Donner leur nom. b) Parmi eux, lesquels présentent la stéréo-isomérie Z / E ? Exercice2 : Réactions d’addition. Règle de Markovnikov Compléter les schémas réactionnels et nommer les produits des réactions :  méthylpropène + H2 Ni X  but-2-yne + H2 Pt X’  but-2-yne + H2 Pd(désactivé) X’’  but-2-ène + Br2 Y  propène + HBr Z  2-méthylbut-2-ène + HBr T  but-1-ène + H2O U  méthylpropène + H2O V  n(CH2 CHCl ) W Préciser éventuellement le produit majoritaire selon la règle de Markovnikov. Exercice 3 : Préparation d’éthylène et d’acétylène. On réalise la suite des réactions chimiques suivantes : a) CaC2 + 2A B + Ca(OH)2 ; b) C2H5OH H2SO4(190°C) C + H2O c) 2D 2OOO°C B + 3H2 ; d) E Al2O3(400°C) C+A Donner les formules et noms des composés A, B, C, D et E Exercice 4: Réaction de combustion complète. 1°) L’acétylène et l’éthylène peuvent subir la combustion complète avec le dioxygène. Ecrire les équations-bilan de ces réactions. 2°) Soit un mélange contenant un litre d’acétylène et un litre d’éthylène. a) Quel volume de dioxygène doit-on utiliser pour réaliser la combustion complète de ce mélange ? b) Quel produit obtient-on ? Déterminer leur masse. Exercice 5 : Hydratation des alcènes L’addition d’eau sur un alcène A donne de façon prépondérant le 2-méthylbutan-2-ol ainsi que, en faible proportion, le 3-méthylbutan-2-ol. Quel est l’alcène ? Exercice 6 : Hydrogénation et hydratation Un alcyne A est hydrogéné sur palladium désactivé. Le produit B obtenu conduit, par hydratation à deux alcools : le pentan-3-ol et le pentan-2-ol. Donner les formules semi-développées de A et B. Exercice 7 : Réaction de polymérisation 1°) Calculer le degré de polymérisation du polyéthylène de masse molaire 150 kg.mo-1. 2°) On obtient le PVC à partir d’éthylène et de dichlore. Ecrire les équations des réactions conduisant à l’obtention du monomère puis du polymère. Calculer les masses d’éthylène et de dichlore nécessaires pour obtenir 1 kg de ce polymère.

Série C 4 : Les hydrocarbures aromatiques : le benzène Exercice 1 : Donner la formule semi développée des composés : orthodiméthylbenzène ; paradibromobenzène ; métadichlorobenzène ; 1-bromo-2,6-dinitrobenzène ; 1, 2,5-trichlorobenzène ; 1, 3,5-trinitrobenzène ; 2, 4,6trinitrotoluène. Exercice 2 : Compléter les équations des réactions suivantes du noyau aromatique en précisant à quelle catégorie elles appartiennent :

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lumière Fe platine C 6 H6  Cl 2    X; C 6 H6  Br2   Y  Z; C 6 H5 CH3  H2    X' H2 SO4 H2 SO4 Pt C 6 H6  HNO3   T  V; C 6 H5 CH3  HNO3   T'  V'; C 6 H5 Cl  H2  V

Exercice 3 : Un flacon en verre de volume v = 2 litres contient du dichlore à la pression atmosphérique normale et à la température de 27 °C. On introduit dans le flacon quelques gouttes de benzène, puis on l’expose au soleil. 1) Ecrire l’équation de la réaction qui se produit. 2) Calculer la masse m du produit obtenu, le benzène étant en excès. Exercice 4 : Un dérivé bromé du benzène contient en masse 50,96 % de brome. 1) Déterminer la formule du dérivé en question. 2) Ecrire l’équation-bilan traduisant l’obtention de ce produit à partir du benzène. Exercice 5 ; Un hydrocarbure A de masse molaire MA = 106 g/mol, mène par hydrogénation, à un composé saturé B de masse molaire MB = 112 g/mol. Par ailleurs, B contient en masse 2 fois plus de d’hydrogène que de carbone. 1) Déterminer la formule brute de B puis celle de A. 2) Ecrire l’équation-bilan traduisant le passage de A à B par hydrogénation. 3) Ecrire les formules semi-développées possibles de A. 4) A donne par substitution par le chlore un produit C contenant 25,2 % de chlore. a) Ecrire la formule brute de C. b) Traduire le passage de A à C par une équation. 5) Ecrire les formules semi-développées possibles de B. Nommer les. 6) A peut-être obtenu par une réaction de Friedel-Craft par action du chlorure d’éthyle (monochloroéthane) sur le benzène. a) Quelles sont les conditions expérimentales nécessaires pour cela ? Traduire la réaction par une équation-bilan. b) Préciser la formule semi-développée de A ainsi que son nom. c) Quels sont les formules semi-développées et noms précis de B et C. Exercice 6 : 1. Ecrire l’équation bilan de la réaction de combustion complète du benzène. 2. On effectue la combustion de 5 cm3 de benzène. Quel est le volume de dioxygène nécessaire ? Quel est le volume d’air correspondant (dans les conditions normales). 3. Lorsqu’on réalise la combustion à l’air libre, la flamme est très fuligineuse. Pourquoi ? Données : masse volumique du benzène :  = 880 Kg.m-3. On rappelle que l’air contient 20 % d’oxygène. Exercice 7 : Par substitution du brome sur le benzène, on fabrique du 1,2 – dibromobenzène. 1. Ecrire les deux réactions qui permettent d’aboutir à ce produit. Préciser les conditions expérimentales. 2. On veut fabriquer une masse m = 5,0g de 1,2 – dibromobenzène. Sachant que le rendement global de l’équation est égal à 40 %, calculer : a) La masse de benzène nécessaire. b) Le volume de dibrome (supposé gazeux) utilisé. Données : Br : 80 g/mol ; C : 12 g/mol ; H : 1 g/mol ; Vm = 24 L/mol

Série C 5 : Les composés organiques oxygénés Exercice 1 : 1) Nommer les composés suivants :

a) CH3─O─CH2─CH2─CH3 c) CH3─C─CH─CH2─CH3

b) CH3─CH2─CH2─COOH d) CH3─CH─CH=O 29

|| | O CH3 2) Nommer les composés organiques suivants : a) CH3CH2CHCH2CH2OH  CH2CH2CH3

| CH3 c) CH3(CH2)2COOH d) CH3COOH O

b) CH3CHCHCH2COOH   CH3 C2H5

e) CH3CH2C

OCH2CH3

Exercice 2: Ecrire les formules semi-développées des composés suivants: a) 3-méthylbutan-1-ol f) acide 2-méthylpropanoïque b) 2-éthoxypropane g) propanoate de méthyle c) pentanal h) acide 2,2-diméthylpentanoïque d) 3-méthylbutanone i) butanone e) acide benzoïque j) éthoxy-2-méthylbutane Exercice 3 : 1. Soit un alcool de formule générale R-OH et un éther-oxyde de formule R-O-R’. Montrer qu’on peut écrire leur formule générale sous la forme de CxH2x+2O. Soit un composé de masse molaire 74g/mol dont l’atome d’oxygène possède deux liaisons simples. Donner les différents isomères répondant à la formule brute . Données : R et R’ sont des groupes alkyles : R : CnH2n+1  R’ : Cn’H2n’+1  2. Montrer que la formule générale des aldéhydes et des cétones s’écrit sous la forme de C xH2xO. 3. Montrer que la formule générale des acides carboxyliques et des esters s’écrit sous la forme de C xH2xO2. 4. Pour un ester de formule R-COOR’, R et R’ étant des groupes alkyles. Donner une relation qui lie n et n’ sachant que la masse molaire de l’ester est de 88g/mol. Si n’=1, donner la formule semi-développée de cet ester Exercice 4 : On réalise l’hydratation A de formule brute C4H8. On obtient un seul produit B. En déduire la formule semidéveloppée de A. Donner également la formule semi-développée de B et son nom. Exercice 5 : L’analyse d’un composé A a donné les résultats suivants : %C = 54,5% ; %H = 9,1% ; %O = 36,4%. Le composé ne comporte qu’un atome d’oxygène par molécule. Il donne une coloration rose violacé en présence de réactif de Schiff. 1) Déterminer la formule de A. 2) Donner les formules semi-développées A. Les nommer. Exercice 6 : Un composé organique A répond à la formule brute C4H8O ; il réagit avec le 2,4-DNPH avec laquelle il forme un précipité jaune ; il ne réagit pas avec le réactif de Tollens. a) Quelles conclusions peut-on tirer des tests effectués ? Justifier votre réponse. b) En déduire les formules semi-développées du composé A. Les nommer. Exercice 7 : Deux isomères de masse molaire moléculaire 72 g/mol réagissent avec la DNPH, avec laquelle il forme un précipité jaune. 1) Déterminer la formule brute de ces composés. 2) Donner les formules semi-développées et les noms possibles des isomères. 3) L’un des isomères donne la formation d’un précipité rouge brique en présence de Liqueur de Fehling et possède un carbone asymétrique. Identifier cet isomère. Exercice 8 : 1) Donner la formule semi-développée et le nom de tous les composés ayant pour formule brute C4H10O. Préciser leur famille. 2)a) Qu’est ce qu’un groupe carbonyle ? b) Comment reconnaitre expérimentalement que la molécule d’un composé organique possède un groupe carbonyle ? 30

c) Quelle sont les deux familles de composés oxygénés qui possèdent un groupe carbonyle ? d) Donner la formule semi-développée et le nom de tous les composés ayant pour formule brute C5H10O. Préciser leur famille. 3)a) Qu’est ce qu’un groupe carboxyle ? b) Comment reconnaitre expérimentalement que la molécule d’un composé organique possède un groupe carboxyle ? c) Quelle sont les deux familles de composés oxygénés qui possèdent un groupe carboxyle ? d) Donner la formule semi-développée et le nom de tous les composés ayant pour formule brute C5H10O2. Préciser leur famille. Série C6 : Les couples oxydants-réducteurs : ion métallique/métal

Exercice 1 : On fait réagir une masse m=1,0g de fer en poudre avec un volume V=20mL d'une solution de chlorure d'hydrogène de concentration C=2,0mol.L-1. On observe un dégagement gazeux et l'apparition d'une coloration vert pâle dans la solution. Le gaz est identifié en présentant une allumette enflammée. Il se produit une légère explosion. Les ions responsables de la coloration sont identifiés en faisant réagir avec un peu de solution, une solution d'hydroxyde de sodium. Le résultat de ce test est présenté ci-contre. 1. Donner, en justifiant vos réponses, les couples rédox mis en jeu dans cette réaction. 2. Ecrire l'équation de la réaction entre le fer et la solution aqueuse de chlorure d'hydrogène. 3. Déterminer les quantités de matière initiales des réactifs. 4. Dresser le tableau d'avancement de la réaction. 5. En déduire le volume de gaz dégagé en fin de réaction. Donnée: Volume molaire dans les conditions de l'expérience: Vm = 24 L.mol-1.

Exercice 2 : Une réaction d’oxydoréduction se traduit par l’équation-bilan non équilibrée: Au3+ + Zn  Au + Zn2+ 1. Equilibrée l’équation-bilan. 2. Identifier les deux couples redox mis en jeu dans cette réaction d'oxydoréduction. 3. Ecrire les demi-équations d’oxydoréduction traduisant l’oxydation et la réduction. 4. Déterminer quels sont, respectivement, l'oxydant et le réducteur dans la transformation étudiée. Exercice 3 : On dispose d’une solution de chlorure d’étain (II) ; on verse 25 cm3 dans deux béchers. Dans le premier on ajoute un peu de soude concentrée ; un précipité blanc se forme. Dans le deuxième on ajoute de la limaille de fer et on maintient une agitation régulière. Au bout de quelques minutes on arrête l’agitation et on ajoute un peu de soude concentrée : un précipité vert se forme. 1. Interpréter ces observations. Ecrire les équations-bilan correspondantes. 2. Peut-on à l’aide des faits précédents et de la classification électrochimique des métaux, prévoir ce que l’on observera si l’on plonge une plaque de zinc dans une dans une solution de chlorure d’étain (II) ? Une plaque d’étain dans une solution de chlorure de zinc ? Exercice 4 : Une lame de cuivre baigne dans 100 cm3 d’une solution aqueuse de nitrate d’argent de concentration 1,0 mol/L. On constate qu’elle se recouvre d’argent. 1. Interpréter cette réaction. 2. Quelle masse maximale d’argent peut-on recueillir ? 3. Quelle est alors la perte de masse subie par la lame de cuivre ? Exercice 5 : On réalise une solution de sulfate de cuivre (II) en dissolvant 58g de cristaux bleus dans 500 cm 3 de solution. 1. Quelle est la concentration de la solution obtenue ? Combien y-a-t-il d’ions sulfate et d’ions cuivre (II) par millimètre cube ? 2. On ajoute de la limaille de fer. Une réaction peut-elle avoir lieu ? Quelle est son équation-bilan ? Quelle est la masse minimale de limaille de fer à ajouter dans un bêcher contenant 50 cm3 de la solution précédente si l’on veut faire disparaître la couleur bleue de la solution ? 3. Quelle est la quantité de matière d’électrons échangés ? Quelle est la quantité d’électricité correspondante ? 4. Pendant combien de temps faut-il faire circuler un courant de 0,5 A pour mettre en jeu la même quantité d’électrons ? Données : les cristaux bleus ont pour formule : CuSO4, 5H2O ; Potentiels standards : 0 ECu  0,34 V; E0Fe2 / Fe  - 0,44 V. masses molaires des atomes en g/mol : 2 / Cu

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Cu : 63,5 ; S : 32 ; O : 16 ; H : 1 ; Ag : 107,9 ; Zn : 65,3 ; Fe : 56 Exercice 6 : On se propose de réaliser la pile Cr/ Cr 3+ Ag+,/ Ag.. On dispose pour cela des produits suivants : pont salin de NH4NO3 sous forme gelée, solution aqueuse de nitrate d’argent et de nitrate de chrome (III) 2) Faire le schéma de la pile. Préciser les pôles positif et négatif de la pile. 3) On relie la lame de Chrome à la lame d’argent par un fil conducteur et un résistor. a) Préciser le sens du courant b) Ecrire les demi-équations d’oxydoréduction qui s’effectuent dans chaque demi-pile. Préciser le pôle où se produit une oxydation et celui où se produit une réduction. c) En déduire l’équation-bilan de la réaction d’oxydoréduction qui se produit lorsque la pile fonctionne. 4) Déterminer la f-e-m de la pile ? 5) On retire le pont, que se passe-t-il ? Données : Potentiels standards :

0 E Ag  0,80V; E 0Cr 3 / Cr  - 0,74 V.  / Ag

Exercice 7 : 1) On veut étudier le couple Co2+ / Co, Co étant le cobalt. On réalise les deux expériences : -la solution rose, due à l’ion Co2+, est décolorée par le fer -en milieu acide, le cobalt métallique donne un dégagement de dihydrogène. Classer qualitativement les trois couples rédox mis en jeu. 2) a) On réalise la pile Co/Co2+ Cu2+ /Cu. Préciser les polarités de celles-ci et écrire la réaction lorsque la pile débite. b) On mesure une f-e-m E = 0,63 V. En déduire la valeur du potentiel rédox du couple Co2+ /Co, sachant que E0 (Cu2+/Cu) = 0,34 V. c) La Pile ainsi constituée est placée dans un circuit électrique. Elle débite alors un courant d’intensité I. Après une demi-heure de fonctionnement , on constate que la masse de l’une des électrodes s’est acrue de 50,4mg. - De quelle électrode s’agit-il ?En déduire le nombre de moles d’électrons échangés pendant la demiheure de fonctionnement. - Déterminer la quantité d’électricité ayant circulé pendant la demi-heure de fonctionnement. - En déduire en miliampères, la valeur de l’intensité I. 3) Proposez une pile dans laquelle l’électrode de cobalt serait positive. Calculer sa f-e-m. Données : NA = 6,02.1023mol-1 ; e = 1,6.10-19C ; Exercice 8 : On donne les potentiels standard d’oxydoréduction : E0(Cu2+ / Cu) = 0,34 V ; E0(Mg2+ / Mg) = -2,37 V. 1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction naturelle entre ces deux couples. 2) On réalise une pile à partir de ces deux couples. Faire le schéma de la pile en indiquant ses pôles. Calculer sa f-e-m, les solutions étant à 1 mol/L. Exercice 9 : On considère une demi-pile à argent et une demi-pile au plomb chaque bêcher contient 100 cm3 d’une solution de nitrate dont la concentration en cations est de 1 mol/L. 1) Quelle est la polarité de la pile ? Quelle est sa réaction de fonctionnement ? 2) Comment varie les concentrations dans chacun des béchers quand la pile fonctionne ? 3) Quelle est la quantité d’électricité maximale que peut débiter la pile ? 4) Quelle est la variation de la masse de chaque électrode ?

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SérieC7 : GENERALISATION DE L’OXYDOREDUCTION EN SOLUTION AQUEUSE Exercice 1 : Ecrire les demi-équations électroniques des couples suivants : a) SO42- / SO2 ; ; b) CH3COOH / CH3CH2OH ; c) S4O62- / S2O32- ; d) CO2 / H2C2O4 ; e) H2O2 / H2O ; f) HClO / Cl2 Exercice 2: dosage des ions fer II Le sel de Mohr est un composé solide possédant la formule statistique FeSO4, (NH4)2SO4, 6H2O. On dissout une masse m de sel de Mohr dans V = 50 mL d’eau pure. Pour oxyder les ions Fe2+ de cette solution en ions Fe3+, il a fallu un volume V’ = 40mL d’une solution de permanganate de potassium à 5,0.10 -3 mol/L 1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction. 2) Déterminer la concentration molaire des ions Fe2+ dans la solution de sel de Mohr. 3) Calculer la masse m de sel de Mohr dissoute. 4) Déterminer les concentrations molaires des ions Fe3+ et Mn2+ à la fin de la réaction. Exercice 3 : dosage direct On fait agir 50,0 cm3 d’une solution d’acide sulfurique sur de la poudre de fer en excès. 1) Quelle est la réaction qui se produit (les ions sulfate sont sans action sur le fer) ? 2) On prélève 10,0 cm3 de la solution finale, une fois la réaction terminée. On dose ces 10,0 cm 3 par une solution de permanganate de potassium de concentration 2.10-2 mol/L. Il faut 45,0 cm3 de solution de permanganate de potassium pour doser les ions fer (II). Déterminer la concentration des ions fer (II) dans la solution finale. 3) Calculer la quantité de matière d’ions fer (II) formée dans l’expérience ainsi que le volume de dihydrogène qui s’est dégagé (à 20°C et 1,013.105 Pa). Exercice 4 : dosage direct On désir doser une solution de diiode de concentration voisine de 5.10 -2 mol/L par une solution de thiosulfate de sodium que l’on prépare. Les cristaux de thiosulfate de sodium ont pour formule Na 2S2O3, 5H2O. 1) Quelle masse de thiosulfate de sodium doit-on dissoudre pour obtenir V = 100 cm3 de solution réductrice de concentration 0,1 mol/L ? 2) Le prélèvement de solution de diiode placé dans le bêcher à un volume de 20 cm 3. L’équivalence est obtenue pour un volume versé de solution de thiosulfate égal è 18,6 cm 3. Quelle est la concentration de la solution de diiode ? Exercice 5 : dosage direct Au cours d’une séance de travaux pratiques, le professeur demande à un élève de préparer une solution d’ions Fe2+ de concentration 0,1 mol/L à partir de cristaux de sulfate de fer (II) hydraté, FeSO 4, 7H2O. 1) Comment l’élève doit-il procéder pour obtenir 500 cm3 de solution ? 2) Pour contrôler le travail effectué, le professeur demande à un autre élève de déterminer la concentration de la solution obtenue par dosage à l’aide d’une solution de permanganate de potassium, de concentration 0,04 mol/L. a) Indiquer le mode opératoire à suivre. b) Sachant que 10,1 cm3 de la solution de permanganate de potassium ont été nécessaire pour doser 20 cm3 de la solution d’ions Fe2+, peut-on dire que la solution avait été bien préparée ? Exercice 6 : dosage indirect d’une solution de dichromate de potassium On mélange V1 = 20cm3 d’une solution de sulfate de fer (II), de concentration molaire C1 = 0,2mol.L-1 avec V2 = 10cm3 de solution de dichromate de potassium en milieu acide. Tous les ions fer (II) ne sont pas consommés. On dose les ions fer (II) en excès par une solution de permanganate de potassium de concentration molaire C 3 = 0,010 mol.L-1. Pour obtenir l’équivalence, il a fallu verser Ve = 16,4 cm3 de la solution de permanganate de potassium dans le mélange. 1) Donner les formules des composés cités. 2) Les couples qui interviennent sont : Fe3+/Fe2+ ; Cr2O72-/Cr3+ ; MnO4-/Mn2+. Ecrire les demi-équations correspondant aux coules. 3) Donner les équations bilan des réactions rédox qui se produisent : a) Entre les ions Fe2+ et les ions Cr 2O72b) entre les ions Fe2+ et les ions MnO44) Déterminer la concentration molaire de la solution de dichromate de potassium. NB : Lors du dosage direct des ions Fe2+ par les ions Cr2O72-, le changement de couleur qui se produit à l’équivalence n’est pas net. La méthode indirecte utilisée ici permet d’obtenir à l’équivalence un changement de couleur net (de violet à incolore), au lieu d’un changement de couleur douteux.

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SérieC8 : OXYDOREDUCTION PAR VOIE SECHE Exercice 1 : Calculer les nombres d’oxydation de l’azote et du soufre dans les composés ci-dessous. NO2 ; N2O ; N2 ; NO ; N2O3 ; NH4+; S2- ; S ; H2S ; H2SO4 ; SO2 ; S2O32- ; S2O82Exercice 2 : Les équations suivantes traduisent-elle des réactions d’oxydoréduction ? Si oui utilisé les nombres d’oxydation pour les équilibrés. Al + O2 Al2O3 ; FeO3 + H2 Fe + H2O Al + S Al2S3 ; SiCl4 + Mg Si + MgCl2 MnO2 + H2 Mn + H2O ; I2O5 + CO I2 + CO2 Cu + Cl2 CuCl2 ; Na + O2 Na2O Fe + Cl2 FeCl2 ; Al + MnO2 Al2O3 + Mn Exercice 3 : Montrer que la réaction : NH3 + HCl NH4+ + Cl- n’est pas une oxydoréduction. Exercice 4 : Le minerai de titane est le dioxyde de titane TiO2. Il est transformé en tétrachlorure de titane suivant l’équation-bilan : TiO2 + Cl2 + 2C 800°C TiCl4 + 2CO 1) Cette réaction est-elle une oxydoréduction ? 2) Si oui, préciser l’élément oxydé et l’élément réduit. Exercice 5 : L’un des procédés de synthèse du dichlore au laboratoire consiste à faire réagir l’acide chlorhydrique (HCl) et le dioxyde de manganèse (MnO2). Il se forme du chlorure de manganèse II (Mn2Cl), de l’eau(H20) et du dichlore(Cl2). 1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction. 2) Montrer qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction. 3) préciser les couples oxydant/réducteur intervenant dans cette réaction. 4) Calculer le volume d’acide chlorhydrique à utiliser pour synthétiser 10L de dichlore dans les conditions où le volume molaire vaut 24L/mol. En déduire la masse d’oxyde de manganèse nécessaire à cette synthèse. On donne : masse volumique HCl : 1,15g/cm3 ; n.o(H) = +I ; n.o(O) = -II.

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LYCEE DE KOUNKANE CELLULE PEDAGOGIQUE DE SP

Année scolaire : 2012 / 2013 Classes : 1ère S2

Devoir de Sciences Physiques n°1 ( 2h30mn) Exercice 1 : (8 points) On a oxydé une masse ms = 0,600g d’une substance organique (S) formée uniquement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. En fin de réaction, la masse de la solution de potasse a augmenté de 1,427g ; la masse de la ponce sulfurique a augmenté de 0,735g. 1) Quelle est la composition centésimale massique de la substance (S). 2) Quelle est la masse molaire moléculaire de la substance ( S ), sachant que sa densité de vapeur par rapport à l’air est d = 2,5. 3) Quelle est sa formule brute ? 4) En déduire les formules semi-développées possibles du composé (S). 5) Préciser le nombre d’isomères obtenus. De quels types d’isomères s’agit-il ? Exercice 2 : (6points) Un skieur et son équipement, de masse m = 69 kg, remonte une pente rectiligne inclinée d'un angle  = 20° par rapport à l’horizontale. Le skieur est tiré par la perche d’un téléski à vitesse constante V = 5,0 m/s, sur une distance AB =L=100m. La perche exerce sur le skieur une force constante F = 400N, dont la direction fait un angle  = 30° avec la ligne de plus grande pente. La force de frottement exercée par la neige sur le skieur a la même direction que la vitesse et son sens est opposé au mouvement. Sa valeur est f = 114,9N. 1) Faire l'inventaire des forces qui s'appliquent au système {skieur et équipement} et les représenter sur le schéma. 2) Déterminer le travail de chacune des forces appliquées au skieur. 3) Calculer la somme des travaux des forces appliquées au skieur. Ce résultat était-il prévisible ? Expliquer. 4) Calculer la puissance moyenne développée par chacune d’elles. Donnée : intensité de la pesanteur : g = 9,81 N/kg

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Exercice 3 : (6points) Un treuil de rayon r = 10 cm est actionné à l’aide d’une manivelle de longueur L = 40 cm.  Un ouvrier exerce une force F perpendiculaire à la manivelle, afin de faire monter une charge de masse m =150 kg sur une hauteur de 5 m. Le poids du treuil, de la manivelle et de la corde sont négligeables devant les autres forces qui leur sont appliquées (voir figure cidessous). Les frottements au niveau de la corde sont négligés.  5. / Calculer la valeur de la force F exercée par l’ouvrier à l’extrémité A de la manivelle, pour qu’au cours de la montée, le centre de la charge soit en mouvement rectiligne uniforme. On donne g = 10 N/kg.  6. / Quel est le travail effectué par la force F ? 7. / Quel est la puissance moyenne développée par l’ouvrier, s’il met 6s pour soulevé la charge de 5 m ? 8. / La manivelle est remplacée par un moteur qui exerce sur le treuil un couple de force de moment constant. Le treuil tourne de N = 8 tours. Le couple moteur fournit un travail égal à celui  effectué par la force F lors de la rotation précédente. a) Calculer le moment du couple moteur. b) La vitesse angulaire du treuil est constant et égale à N = 2 tr.s -1. Quelle est la puissance du couple moteur ?

r o

A L

→

BONNE CHANCE

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LYCEE KOUNKANE Cellule de Sciences Physiques

Année scolaire : 2012 / 2013 Classe : 1ère S2

DEVOIR N°2 DE SCIENCES PHISIQUES Exercice1 : (5points) 1) Nommer les composés organiques suivants : a) CH3-(CH2)3-CH3; b) CH3-CH(C2H5)-(CH2)2-CH(C2H5)-CH3; c) CH3-CHBr-CHCl-CH3; d) CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-CH(C2H5)-CH3 ; f) e) CH3-CHCl-CHBr-CH-CH2-CH2-CH3 CH2 CH3-CH

CH

CH2

CH3 CH3

Br

CH

CH

C(CH3)3 Cl

2) Ecrire les formules semi-développées des alcanes dont les noms suivent : a) méthylbutane b) 3-éthyl-4-propyloctane c) 3,4,4-tripropylpentane d) 3-éthyl-2-isopropylbutane Exercice 2 : (5points) Un alcane gazeux a une densité égale à 1,034. 3. / Déterminer sa formule brute. 4. / On fait réagir du dichlore sur cet alcane. On obtient un produit contenant 55,04 % en masse de chlore. 2.4. / Déterminer la formule brute de ce produit chloré. 2.5. / Ecrire l’équation-bilan de la réaction qui a lieu. 2.6. / Définir cette réaction et donner les conditions expérimentales. Exercice 3 : (5points) On considère la glissière représentée ci-dessous. AB est un plan rugueux incliné d’un angle  = 30° par apport à l’horizontale et de longueur AB = L = 15m. BC un plan horizontale rugueux de longueur L’. CD est un demicercle lisse de centre O et de rayon r = 0,5m. L’ensemble du trajet est contenu dans un plan vertical. Un solide de masse m = 300g est abandonné en A sans vitesse initiale. 1) Calculer l’intensité des forces de frottements équivalente à une force unique f s’exerçant sur le solide sur le plan incliné, sachant que le solide arrive en B avec une vitesse VB =11,66m/s 2) Le solide aborde le plan BC dont les frottements ont pour valeur sur ce plan f ’ = 0,5N ; et arrive en C avec une vitesse VC = 6m/s . Calculer la distance L’= BC. 4-1 ) Etablir l’expression de la vitesse du solide en M en fonction de g, r,  et Vc. 4-2 ) En déduire la valeur de la vitesse du solide au point D. 4 ) Avec quelle vitesse, le solide retombe-t-il sur le plan BC, en un point E Donnée : On prendra g = 10 N/ kg.

A

D

0 r Exercice 4 :( 5points)

α

M B

E

C

Exercice 4 : (5points) Une bille sphérique de masse m =100g et de rayon r = 10cm est lancé à partir d’un point A avec une vitesse V A = 4m/s sur O Munique d’intensité f. un plan incliné d’un angle  = 30°. L’ensemble des forces de frottement est équivalente à une force

 B

C

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1°) La bille glisse sans rouler sur le plan. La distance maximale parcourue par la bille vaut AB = 1m. Calculer l’intensité d e ses forces de frottement. 2°) On suppose maintenant que la bille roule sans glisser sur le plan ; l’intensité des forces de frottement restant la même. a) Quelle est la hauteur maximale (hmax) atteinte par la bille sur le plan, si elle est lancé à partir de A avec la même vitesse de 4m/s ? b) Quelle est la distance maximale AC parcourue par la bille. En la distance BC. c) Avec quelle vitesse, la bille repasse-t-il au point B ? Données : J = mr² ; g = 10N/kg.

B

A

C

α

LYCEE KOUNKANE Année scolaire : 2012 / 2013 Cellule de Sciences Physiques Classe : 1ère S2 er COMPOSITION 1 SEMESTRE DE SCIENCES PHYSIQUES (4 heures) Exercice1 : (3,5points) Donner le nom des composés organiques suivants : A a) CH3 – C C Br b) CH3 – CH – CH C – CH3 c) CH3 – C C – CH3 CH3 CH3

CH2

Cl

CH3 – CH2 – CH2

CH2 – CH2 – CH3

CH3 C2H5

CH2-CH-CH3

CH(CH3)2 d) CH2Cl  C C CH  CH2  CH3

CH3 e)

C=C H

f) CHCCH2CH2CH3

H

g) CH3CHCCCHCH3

CH3 C2H5 Exercice2 : (6,5points) Un alcyne A a pour masse molaire 68 g.mol -1. Il fixe par hydrogénation catalytique en présence palladium désactivé, une molécule de dihydrogène et donne un produit B. Par ailleurs, la bromation de B conduit à la formation d’un composé D. 1)a) Déterminer la formule brute de A. b) Ecrire les équations-bilans des réactions d’hydrogénation de A et de bromation de B. c) En déduire les formules brutes de B et D. d) Ecrire les formules semi-développées possibles de A et B. Nommer les. 2) Par hydratation, B conduit majoritairement au 3-méthylbutan-2-ol. Identifier la formule semi-développée exacte de B. En déduire celle de A et D. 3) L’un des isomères de B possède la stéréo-isomérie Z / E. Identifier cet isomère puis nommer les deux stéréoisomères Z et E correspondants. 3) On fait réagir le chlorure d’hydrogène (HCl) sur B. a) Ecrire l’équation-bilan de la réaction réalisée. b) En déduire les noms des dérivés chlorés obtenus. c) L’un des dérivés est-il majoritaire ? Si oui, préciser lequel, en justifiant la réponse à partir d’une règle que l’on énoncera. Données : H : 1g/mol ; C : 12g/mol ; Cl : 35,5g/mol Exercice 3 : (5points) Dans un jeu de foire, on emporte le jambon si on envoie en E un petit chariot de masse m, se déplaçant sur un rail (les forces de frottements sont négligeable), dont le profil est représenté sur la figure ci-contre. AB est un arc de cercle de rayon R sous-tendant l’angle . BC est un plan de longueur 1 incliné d’un angle  sur l’horizontale, CD est un plan horizontal de longueur ,

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DE est un plan de longueur 2 incliné d’un angle  sur l’horizontale. 1) Calculer les côtes de B, C, E. A étant choisi pour origine des côtes. 2) Quel est le travail du poids de l’objet quand il passe de A à E ? 3) Quelle vitesse doit-on communiquer le chariot en A pour qu’il arrive en E avec une vitesse nulle? 4) Evaluer l’énergie potentielle de pesanteur du chariot en A, B, C, D et E. On prend le point A comme état de référence et comme origine des altitudes. Données : m = 200g; g = 10 N/kg ; θ = 30°; β = 45°; l1= 3m; l = 2m; l2 = 2,5met R= 1,5m Exercice 4 : (5points)

Un skieur de masse m = 80 kg se déplace sans frottement le long d’une glissière AB ayant la forme d’un arc de cercle de rayon R = 10 cm. Le skieur part de A sans vitesse et arrive au point B où il accomplit un saut et atterrit au bas de la glissière sur une piste horizontale au point C situé à une hauteur h = 6m du point B (voir figure ci-dessous). On choisit comme état de référence et origine des altitudes le point B. g = 10 N/kg 1) Calculer l’énergie potentielle de pesanteur du skieur en A,B et C . Z 2) Déterminer la variation d’énergie potentielle entre A et B, et entre B et C . I En déduire le travail du poids dans chaque cas. R 3) Quelle est l’énergie cinétique du skieur au point B et au point C ?  En déduire la vitesse du skieur en B et C. A 4) Calculer le temps mis par le skieur entre B et C. B On néglige les frottements dus à la résistance de l’air . h C BONNE CHANCE !

Vc

LYCEE KOUNKANE Année scolaire : 2012 / 2013 Cellule de Sciences Physiques Classe : 1ère S2 DEVOIR N°1 DE SCIENCES PHISIQUES (deuxième semestre) : 3heures

Exercice1 : (6points) A) Nommer les composés suivants : OH c) CH3

a) CH3

O

CH2

CH2 CH3

C

CH3

C2H5

40

H C2H5

O

b)

CH3

C

CH2

C

d)

C

CH3

OH

CH3

CH3

CHO

O H e) CH3

CO

CH2

C

f)

CH3

C O

C2H5

CH2

CH

CH3

C2H5

CH3

B) Donner les formules semi-développées des composés suivants : a)Ethoxy-propane ; b) pentan-3-one ; c) Méthanoate d’isopropyle ; d) acide2-éthylpentanoîque C) 1) Un alcool A saturé a pour masse molaire M=88g/mol a) Trouver la formule brute de A; b) Ecrire les formules semi-développées correspondantes de A. c) Préciser le nom et la classe de chacun des isomères de A . 2) Un composé organique A répond à la formule brute C4H8O ; il réagit avec le 2,4-DNPH avec laquelle il forme un précipité jaune ; il ne réagit pas avec le réactif de Tollens. a) Quelles conclusions peut-on tirer des tests effectués ? Justifier votre réponse. b) En déduire la formule développée et le nom du composé A. Exercice 2 : (4points) Compléter les équations des réactions suivantes du noyau aromatique en précisant à quelle catégorie elles appartiennent : ière Fe Nickel(20 0 C) a )C6 H 6  Cl 2 lum   X; b) C 6 H 6  Br 2  Y  Z; c) C 6 H 5 CH 3  H 2    X' 2 SO4 d) C 6 H 6  HNO 3 H  T  V; e) C 6 H 5 CH

2 ( 25 C ) CH 2  H 2 H  T' ;

ière f) C 6 H 5 - CH 3  Cl 2 lum  V

Exercice 3 : (6points) Un récipient renferme V1=2L d’eau. L’ensemble est à la température θ1=25°C, on y ajoute un volume d’eau V2=0,5L à la température θ2=90°C. 1) Quelle serait la température d’équilibre θe si on pouvait négliger la capacité thermique du récipient ? 2) La température d’équilibre est en réalité θe’=36°C ; en déduire la capacité thermique du récipient. 3) Lorsque l’équilibre thermique est atteint (température θe’=36°C), on y introduit alors un morceau de fer de masse m=50g retiré d’un four à la température θ3=120°C. En déduire la température finale θf du système finale. Exercice 4 : (4points) On considère la combustion du méthane : CH4 + O2  CO2 + H2O 1. Equilibrer cette équation. 2. Les réactions suivantes sont exothermiques : C + 2H2  CH4 ; Q1 C + O2  CO2 ; Q2 H2 + ½ O2  H2O ; Q3 Dans les conditions standard de température et de pression (0°C, 1bar), les chaleurs de réaction sont : Q1 = 75 KJ ; Q2 = 393 KJ ; Q3 = 242 KJ a) Calculer la quantité de chaleur dégagée par la combustion d’une mole de méthane b) En déduire dans les mêmes conditions, la quantité de chaleur dégagée par la combustion d’un mètre cube de méthane (on assimilera le méthane à un gaz parfait : PV = Nrt), les gaz étant ramenés à la température initiale. On donne: R= 8,314Pa.m3.mol-1.K-1 ; 1bar = 1,013.105Pa ; T(°K) = θ(°C) + 273,15 BONNE CHANCE‼ LYCEE KOUNKANE Cellule de Sciences Physiques

Année scolaire : 2012 / 2013 Classe : 1ère S2

DEVOIR N°2 DE SCIENCES PHISIQUES (deuxième semestre) : 3 heures Exercice 1 : (3,5points) 41

1) Une réaction d’oxydoréduction se traduit par l’équation-bilan non équilibrée : Fe + H3O+ Fe2+ + H2 + H2O a) Equilibrée l’équation-bilan. 0,5pts b) Dans la réaction suivante, le fer agit-il comme oxydant ou réducteur ? Justifier. 0,5pts c) Même question pour l’ion H3O+. 0,5pts 2) Une réaction d’oxydoréduction se traduit par l’équation-bilan non équilibrée : Pd2+ + H2 + H2O Pd + H3O+ a) Equilibrée l’équation-bilan. 0,5pts b) Dans cette réaction, le dihydrogène est-il oxydant ou réducteur ? Justifier. 0,5pts c) Même question pour l’ion H3O+. 0,5pts 3) En déduire une classification qualitative des trois couples rédox mis en jeu. 0,5pts On donne : Fe2+/Fe ; H3O+/H2 ; Pd2+/Pd Exercice 2 : (4,5points) On se propose de réaliser la pile Cr/ Cr3+ Ag+,/ Ag.. On dispose pour cela des produits suivants : pont salin de NH4NO3 sous forme gelée, solution aqueuse de nitrate d’argent (incolore) et de nitrate de chrome III (vert). 6) Faire le schéma du montage de la pile (en utilisant des couleurs). Préciser les pôles positif et négatif de la pile. 7) On relie la lame de Chrome à la lame d’argent par un fil conducteur et un résistor de résistance R. d) Préciser le sens du courant I. e) Ecrire les demi-équations d’oxydoréduction qui s’effectuent dans chaque demi-pile. Préciser le pôle où se produit une oxydation et celui où se produit une réduction. f) En déduire l’équation-bilan de la réaction d’oxydoréduction qui se produit lorsque la pile fonctionne. 8) Déterminer la f.e.m de la pile ? 9) Après une demi-heure de fonctionnement , on constate que la masse de l’une des électrodes s’est acrue de 50,4mg. - De quelle électrode s’agit-il ?En déduire le nombre de moles d’électrons échangés pendant la demiheure de fonctionnement. - Déterminer la quantité d’électricité ayant circulé pendant la demi-heure de fonctionnement. - En déduire la valeur de l’intensité I et la résistance R du résitor. 10) On retire le pont, que se passe-t-il ? Justifier, en rappelant le rôle du pont salin. Données : M(Ag) = 108mol.L-1; M(Cr) = 52mol.L-1NA = 6,02.1023mol-1 ; e = 1,6.10-19C ; potentiels 0

standards : E Ag  / Ag

 0,80V; E 0Cr 3 / Cr  - 0,74 V.

Exercice 3 : (05points) En deux points A et B de l’espace distants de a, sont placés respectivement des ions cuivrique Cu2+ et sulfates SO42x’ A supposés ponctuels et fixes comme l’indique la figure ci-contre. Cu2+ Le point O est le milieu de [AB] et on note par Q et Q’, les charges portées respectivement par Cu2+ et SO421. Quelle est la valeur des charges Q et Q’

O

B x SO42-

2. Déterminer les champs électrostatiques E1 et E2 créés respectivement par les ions cuivrique Cu2+ et sulfates SO42- en O. Représenter les vecteurs champs électrostatiques E1 et E2 à l’échelle que l’on choisira. (1,5point) 2. Un proton H+ est placé en O. Est-il soumis à une force ? Justifier par le calcul. Si oui, vers quel point A ou B se déplace-t-il ? (1point) 3. Cette fois-ci, on place en un point M milieu de [OB] un ion chlorure Cl -. a) Dans quel sens se déplace cet ion ? Pourquoi ? (0,5point) b) Représenter au point M la force électrostatique F agissant sur l’ion chlorure. Exprimer alors la mesure algébrique Fx de cette force. (1point) c) En quel point situé au-delà du point B sur l’axe (xx’), cette force est-elle nulle ? (0,5point) d) Dessiner les lignes de champs électriques créé entre les ions cuivrique Cu 2+ et sulfates SO42- (0,5point) On donne : AB = a = 10cm ; charge électrique élémentaire : e = 1,6.10-19C Exercice 4 : (07points) Un condensateur plan est constitué de deux plaques A et B percées Chacune d’un trou et disposées verticalement (figure ci-contre). On donne : UAB = 100V ; AB = 10cm. 1. Indiquer les polarités des plaques puis déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique régnant entre A et B. (0,75point)

A

B M

42

O

x N

O

2. On choisit un axe (Ox) perpendiculairement au plan des plaques, soit [ MN] la médiatrice de [AB] a) Quelle est la valeur de la différence de potentiel ( VM – VN). Justifier le résultat obtenu. (0,5point) b) Une particule assujettie à ce déplacer su (MN) subit-elle une force électrostatique ? Si oui, cette force effectue-t-elle un travail le long de MN ? Justifier. (1point) c) Reproduire la figure puis représenter les surfaces équipotentielles ainsi que les lignes de champs électriques. Conclure. (1point) d) Calculer ( VO – VM) en déduire (VN – VO). (1point) 3. On suppose l’espace l’espace compris entre A et B constitué de vide. Un proton de masse m et de charge q part sans vitesse initiale du point O et se dirige vers B suivant Ox. a) Déterminer les caractéristiques du vecteur force électrique agissant sur le proton. (0,75point) b) Calculer le travail de la force électrique agissant sur le proton lorsqu’il arrive en B. En déduire la variation d’énergie potentielle entre A et B. (1point) c) Quelle est la valeur de la vitesse de passage du proton en B ? (1point) Données : masse du proton : m = 1,67.10-27 kg ; charge élémentaire : e = 1,6.10-19C BONNE CHANCE !

LYCEE KOUNKANE Année scolaire : 2012 / 2013 Cellule de Sciences Physiques Classe : 1ère S2 DEVOIR N°3 DE SCIENCES PHISIQUES (deuxième semestre) : 3 heures

Exercice 1 : (03points) Un bécher contient un mélange de solutions aqueuses de nitrate d’argent (AgNO 3) et de sulfate de cuivre II (CuSO4). 1. Préciser les formules des cations présents dans le bécher. Une réaction est-elle prévisible dans le bécher ? Justifier. 2. On plonge une lame de cuivre dans le mélange. Qu’observe-t-on ? 3. On introduit dans le bécher une lame d’argent. Qu’observe-t-on ? 4. De la limaille de zinc est ajoutée dans le bécher. 4.1 Quelles réactions peut-on prévoir ? Illustrer ces prévisions en utilisant la règle du gamma. 4.2 Ecrire les équations bilans des réactions réalisées. Donnée : extrait de la classification qualitative électrochimique : P.O.C Al3+ Zn2+ Cu2+ Ag+ Al Zn Cu Ag P.R.C Exercice 2: (05points) Une pile est constituée d’une lame de cuivre plongeant dans une solution saturée de sulfate de cuivre II contenue dans un vase poreux, lequel est immergé dans un vase étanche rempli de solution de sulfate de zinc II et dans lequel plonge une lame de zinc. 1. Faire la représentation conventionnelle de la pile. 2. De quelle pile s’agit-il ? Quel élément de cette pile joue le rôle de pont salin. 3. Ecrire les demi-équations d’oxydoréduction qui s’effectuent aux électrodes anodique et cathodique. Préciser le pôle où se produit une oxydation et celui où se produit une réduction.

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4. En déduire l’équation-bilan de la réaction d’oxydoréduction qui se produit lorsque la pile fonctionne. 5. La lame de zinc utilisée a une masse de 20g. Calculer la quantité d’électricité théorique Qthéo. 6. En réalité, seul 36% de la masse de zinc est utilisable pour faire fonctionner la pile. Calculer sa durée de vie sachant qu’elle débite un courant de 250 mA. 7. Déterminer la f-e-m E de la pile. 8. On alimente en série la pile avec un conducteur ohmique de résistance R = 10mΩ et un petit moteur de f.c.e.m E‘ = 0,5V et de résistance interne 2mΩ. Déterminer la résistance interne r de la pile. Données: E°(Cu2+/Cu) = 0,34V; E°(Zn2+/Zn) = -0,76V; M(Zn) = 65,4g/mol; NA = 6,02.1023mol-1 ; e = 1,6.10-19C

Exercice 3 : (05points)

A

B

Un condensateur est constitué de deux armatures A et B planes, parallèles, verticales et distantes de d =15 cm.

α

On place à égal distance de A et B un pendule électrostatique Constitué d’un fil isolant électrique inextensible de longueur

N

l =10 cm et d’une boule supposée ponctuelle de poids P =

M

2.10-2N et de charge q inconnue.

d

Lorsque l’on applique entre A et B une tension UAB =825V, le pendule dévie vers B comme l’indique la figure. A l’équilibre, le centre d’inertie G de la boule se trouve en un point N, situé à 2,5 cm de la plaque B 1. Déterminer les caractéristiques du champ électrique E entre A et B . 2. Déterminer la norme du vecteur force électrostatique F agissant sur le pendule. 3. En déduire la valeur de la charge q. 4. Calculer le travail WF de cette force lors du déplacement du pendule, entre sa position initiale M et sa position d’équilibre N . 5. Pour quelle valeur αo de l’angle de déviation du pendule, la force électrostatique agissant sur le pendule fournirait un travail W0 = WF ? En déduire la valeur Uo de la tension UAB. Exercice 4 : (07points) On néglige la force de pesanteur devant la force électrique. Entre deux électrodes A et B parallèles et verticales, on applique une tension UAB = 500V. Des particules de charges q peuvent pénétrer en O et sortir en O’ dans un champ électrique uniforme créé entre les électrodes. 1. Un électron de masse m pénètre en O avec une vitesse quasi-nulle et Sorte en O’ avec la vitesse Vo. 1.1 Préciser les caractéristiques du vecteur champ électrique E régnant Entre les électrodes. En déduire sa nature ainsi que les lignes de champ. 1.2. Quel doit être le signe de UAB pour que l’électron sorte en O’ ? 1.3 En appliquant le principe de conservation de l’énergie totale, calculer la vitesse Vo de sortie de l’électron en O’.

A

O

B

M

O’

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1.4 Calculer le travail de la force électrique agissant sur l’électron entre O et O’. 1.5 Reproduire la figure puis représenter 5 lignes de champ ainsi que les vecteurs champs et forces électriques au point M milieu de OO’. 3. Un proton de masse mp = 1836 m pénètre en O avec une vitesse Vp. La tension UAB gardant le même signe que précédemment. 3.1 Comparer la nature des mouvements de l’électron et du proton entre O et O’. Justifier par le calcule. 3.2 Déterminer la valeur de la vitesse Vp, sachant que le proton s’arrête au point M. Données : masse du proton : m = 9,1.10-31 kg ; charge élémentaire : e = 1,6.10-19C ; OO’ = d = 10 cm.

BONNE CHANCE !

LYCEE KOUNKANE Année scolaire : 2012 / 2013 Cellule de Sciences Physiques Classe : Première S2 COMPOSITION DE SCIENCES PHISIQUES DEUXIEME SEMESTRE : 4heures Exercice 1 : (03 Points) Ecrire les demi-équations électroniques des couples suivants : a) SO42- / SO2 ; b) CH3COOH / CH3CH2OH ; c) S4O62-/S2O32- ; d) CO2/H2C2O4 ; e) H2O2 / H2O ; f) HClO/Cl2 ; g) Cr2O72-/Cr3+ ; h) MnO4-/Mn2+ ; i) Fe3+/Fe2+ .

Exercice 2 : (05 Points) On se propose d'étudier la réaction de synthèse de l'iodure d'hydrogène : H2 + I2 2 HI Pour ce faire, quatre ballons de 1L contenant respectivement 0,5.10 -3 mol de diiode et 5.10-3 mole de dihydrogène sont maintenues à 350° C dans une étuve. A différents instants, les ballons sont retirés puis refroidis aussitôt ; on dose alors le diiode (I2) restant dans chaque ballon par une solution de thiosulfate de sodium (Na2S2O3) de volume V1 et de concentration molaire C1 =0,05mol.L-1 en présence d'empois d'amidon. 1- Pourquoi utilise-t-on dans ce dosage de l'empois d'amidon ? 2- Dresser le tableau d'avancement de la réaction de synthèse de l'iodure d'hydrogène, en posant x le nombre de mole de I2 réagi à un instant t. 3-Les résultats des différents dosages sont consignés dans le tableau ci-dessous : Ballon n°1 n°2 n°3 n°4 t (min) 50 100 150 200 Volume de solution de 16,6 13,7 11,4 9,4 Thiosulfate versé V1 (mL) Nombre de moles d'Iodure d'hydrogène formé n(HI)( mol) 3.1-Ecrire l'équation-bilan de la réaction du dosage du diiode par le thiosulfate. 3.2– Exprimer x en fonction de la concentration C1 et du volume V1 3.3- En déduire que le nombre de mole d'iodure d'hydrogène est fonction de la concentration C1 et du volume V1 par la relation : n(HI) = 10.10-4 – C1V1 3.4-Recopier et compléter le tableau ci-dessus. 45

3.5-Tracer la courbe donnant les variations du nombre de mole d'iodure d'hydrogène formé en fonction du temps : n(HI) = f(t). Echelle : 2,5 cm 50 min et 2 cm 10-4 mol. 22On donne : E°(I2 /I ) = 0,53 V ; E°(S4O6 /S2O3 ) = 0,08 V EXERCICE 3 : (06 Points) On a mesuré lors d’une étude expérimentale, la tension U aux bornes d’un générateur en fonction de l’intensité I du courant débité. Les résultats obtenus sont listés dans le tableau ci-contre : I(A) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 2,8 U(V) 6,0 5,8 5,5 5,3 5,0 4,8 4,6 1. Tracer la caractéristique intensité-tension du générateur. Echelle : abscisse : 1cm 0,5A et ordonnée : 1cm 0,5V. 2. Déduire de cette caractéristique, la force électromotrice (f.e.m) E et la résistance interne r du générateur. 3. On branche maintenant le générateur dans un circuit électrique en série avec un petit moteur de force contre électromotrice (f.c.e.m) E’ et de résistance interne r’ = 24,5Ω. Faire le schéma du montage. 4. On bloque le moteur. Déterminer dans ces conditions : a) L’intensité du courant dans le circuit. b) La chute de tension aux bornes du générateur. c) La quantité de chaleur Qo dégagée par le moteur chaque seconde. d) Le rendement η du générateur. 5. On libère le moteur. La quantité de chaleur dégagée par unité de temps par le moteur vaut Q = 156,8mW. Déterminer dans ces conditions : a) L’intensité du courant dans le circuit. b) La f.c.e.m E’ du moteur. c) Le rendement mécanique η’ de moteur. d) Faire le bilan énergétique du moteur à l’aide d’un schéma. e) Le rendement mécanique η’’ du circuit. EXERCICE 4 : (06 Points) I./ On considère le montage de la figure ci-contre. On donne : C1 = 8 µF ; C2 = 52 µF ; C3 = 4 µF ; E = 120 V. + Q2

-Q2

D E 1) Calculer la capacité équivalente Ce du A + Q1 -Q1 B condensateur entre A et D. + Q3 -Q3 2) Calculer la charge finale Q du condensateur équivalent. 3) Calculer l’énergie emmagasinée dans le E condensateur équivalent. NB : la résistance interne r du générateur est négligeable. II./ On veut retrouver expérimentalement, la capacité équivalente C e du condensateur. Pour cela on réalise le montage ci-dessous (figure1) puis on branche un oscilloscope sur les points A, B et D. On obtient l'oscillogramme ci-dessous (figure2).

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figure1 : Montage Réglages de l’oscilloscope : - base de temps : 2 ms/div - sensibilité verticale sur les deux voies : 1,0 V/div 1) Comment doit-on relier les points A, B et D du circuit aux trois bornes : entrée Y1, entrée Y2 et masse — de l'oscilloscope ? 2) A partir de l'oscillogramme, déterminer : a) la période T de la tension en créneaux délivrée par le G.B.F. b) la tension maximale U0 délivrée par le G.B.F.. 3) a) Utiliser l'oscillogramme pour évaluer la constante de temps τ du circuit. b) Sachant que R = 0,2 kΩ, retrouver la valeur de la capacité Ce du condensateur équivalent.

Figure 2 : Oscillogramme

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