Devoie de Revision Num1
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Prof : Med Dhafer
Bahroun
DEVOIR RÉVISION N°1
Matière : SCIENCES PHYSIQUES
Classe : 4
ème
Math+Sciences
Année scolaire : 2026/2027
Durée : 2 h
CHIMIE (9 points)
Exercice n°1 (5 points)
Pour suivre temporellement une réaction lente et totale, on plonge à t = 0 un morceau d'aluminium pur de masse m
0
dans une solution (S
0
) de sulfate de cuivre II (Cu
2+
+ SO
4
2–
) de volume V
0
et de concentration molaire C
0
.
Une étude expérimentale permet de tracer les graphes : n
Al
= f(t) (figure 1), [Cu
2+
] = g(t) (figure 2) et m
Cu
=
h(t) (figure 3). La droite en pointillés de la figure 3 est la tangente à l'origine ; celle de la figure 2 est la tangente à la
courbe à la date t = 10 min.
1- L'équation de la réaction redox qui a lieu est : 2 Al + 3 Cu
2+
→ 2 Al
3+
+ 3 Cu. Dresser le tableau d'avancement
relatif à cette équation.
2- a- Déterminer le réactif limitant et calculer l'avancement maximal x
m
.
b- Trouver les valeurs de m
0
, C
0
et V
0
.
3- Déterminer l'échelle de l'axe des ordonnées de la figure 3.
4- a- Définir le temps de demi-réaction t
1/2
.
b- Montrer que pour t = t
1/2
on a : n
Al
(t
1/2
) = (n
0
(Al) + n
f
(Al)) / 2. Déduire la valeur de t
1/2
.
5- Établir que la vitesse instantanée de la réaction s'écrit v(t) = A · dm
Cu
(t)/dt où A est une constante dont on
déterminera l'expression.
6- Montrer que la vitesse volumique v
vol
(t) s'écrit sous la forme v
vol
(t) = – (1/3) · d[Cu
2+
](t)/dt. Calculer sa valeur
à t = 10 min.
On donne : M(Al) = 27 g.mol
–1
; M(Cu) = 63,5 g.mol
–1
.
Exercice n°2 (4 points)
La réaction lente et totale entre une solution aqueuse d'acide
chlorhydrique (S
1
) et le magnésium est modélisée par la réaction :
Mg + 2 H
3
O
+
→ Mg
2+
+ H
2
+ 2 H
2
O
À l'instant t = 0, on introduit dans une fiole contenant une masse
m
0
de magnésium solide (ruban) un volume V
1
= 100 mL de la
solution (S
1
) de concentration molaire C
1
.
À l'aide d'un dispositif expérimental, on a tracé :
n Figure 4 : n(Mg) = f(x) et n(H
3
O
+
) = g(x) où x est l'avancement
de la réaction ;
n Figure 5 (annexe à rendre) : n(H
2
) = f(t). La droite en traits
mixtes est la tangente à l'origine.
1- Préciser le réactif limitant et déduire la valeur de l'avancement maximal x
m
.
2- a- Dresser le tableau d'avancement.
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b- Calculer la valeur de la concentration C
1
et la masse m
0
.
c- Calculer la valeur de la masse finale de solide restant.
d- Calculer le volume de gaz dégagé à l'instant t = 75 s. On donne V
M
= 24 L.mol
–1
et M(Mg) = 24,3 g.mol
–1
.
3- Établir l'expression de la vitesse volumique instantanée de la réaction en fonction de V
1
et n(H
2
). Calculer v
vol
(t =
0).
4- Montrer que la vitesse instantanée s'écrit : v(t) = – (1/2) · dn(H
3
O
+
)(t)/dt. Déduire la vitesse de disparition des
ions H
3
O
+
à t = 0 s.
5- On refait l'expérience en ajoutant, à t = 0 s, au milieu réactionnel un volume V(H
2
O) = 80 mL d'eau distillée.
a- La réaction devient-elle plus rapide ? Justifier la réponse.
b- Représenter sur la figure 5 le nouveau graphe qui traduit n'(H
2
) = f(t) et indiquer le point de passage, (1) ou
(2).
PHYSIQUE (11 points)
Exercice n°1 (6 points)
On se propose de déterminer la valeur de la capacité C d'un condensateur, la f.é.m. E d'un générateur de tension
supposé idéal et les valeurs des résistances R
1
et R
2
de deux conducteurs ohmiques. Pour cela, on réalise les
expériences suivantes :
Expérience 1 : Détermination de C.
À l'aide d'un générateur G de courant débitant un courant constant d'intensité I
0
= 200 μA, d'un voltmètre
numérique (V), d'un interrupteur K, d'un conducteur ohmique de résistance R
0
et du condensateur de capacité C
initialement déchargé, on réalise le montage schématisé sur la figure 6. Après avoir fermé l'interrupteur K, à
l'instant t = 0 s, on effectue des mesures permettant d'obtenir la courbe de la figure 7 traduisant l'évolution au
cours du temps de la tension u
AB
aux bornes du générateur G.
Figure 7
1°/ Établir la relation reliant u
AB
, C, I
0
, R
0
et t.
2°/ Déterminer, en exploitant la courbe de la figure 7, la valeur de la capacité C du condensateur et celle de la
résistance R
0
.
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Expérience 2 : Détermination de E, R₁ et R₂.
Au cours de cette expérience, on prendra C = 400 μF. On décharge
le condensateur de capacité C et on réalise le montage de la figure
8.
Afin de visualiser les tensions instantanées u
R1
(t) et u
R2
(t), on
branche la masse d'un oscilloscope à mémoire en M ainsi que ses
deux entrées Y
1
et Y
2
respectivement aux points B et A. On appuie
sur le bouton inversion de l'entrée Y
1
puis on ferme l'interrupteur K
à l'instant t = 0 s.
Les chronogrammes donnant l'évolution au cours du temps des
tensions instantanées u
R1
(t) et u
R2
(t) sont représentés sur la figure
9.
1°/ Préciser la tension visualisée si l'on n'avait pas appuyé sur le bouton inversion de l'entrée Y
1
.
2°/ a) Établir l'équation différentielle régissant l'évolution temporelle de la tension u
R1
(t) aux bornes du dipôle AM.
b) En exploitant les courbes de la figure 9, déterminer les valeurs U
01
et U
02
correspondant respectivement aux
tensions u
R1
(t) et u
R2
(t) à l'instant t = 0 s.
c) Déterminer la valeur de la f.é.m. E du générateur.
d) On admet que la solution de l'équation différentielle précédente est de la forme u
R1
(t) = U
01
·e
–t/τ
avec τ une
constante. Calculer la valeur de la tension u
R1
(t) à l'instant t = τ. En déduire graphiquement la valeur de τ.
3°/ a) Montrer que : R
2
/R
1
= E/U
01
– 1.
b) Déduire les valeurs des résistances R
1
et R
2
.
Figure 9
Exercice n°2 (5 points)
On dispose de trois dipôles D
1
, D
2
et D
3
qui peuvent être soit un conducteur ohmique de résistance R, soit une
bobine d'inductance L et de résistance interne r, soit un condensateur de capacité C. Les résistances vérifient la
relation : R + r = 110 Ω. Dans le but d'identifier D
1
, D
2
et D
3
et de déterminer les valeurs de leurs grandeurs
caractéristiques, on réalise les trois expériences suivantes :
Expérience n°1 :
On réalise le circuit électrique représenté sur la figure 10, où l'on a utilisé un générateur de tension idéal délivrant
une f.é.m. constante E = 15 V et trois lampes identiques L
j
(j = 1, 2, 3). L'évolution de l'éclat de chaque lampe L
j
au
cours du temps lorsqu'on ferme l'interrupteur k est illustrée sur la figure 11.
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1- a- Identifier chaque dipôle. Justifier la réponse.
b- Si on ouvre l'interrupteur k, décrire ce qu'on observe au niveau de chaque lampe.
2- Sachant qu'en régime permanent la tension aux bornes de la lampe L
3
est de 12 V et celle de la lampe L
2
est de 9
V, et que le rapport des intensités des courants qui traversent L
2
et L
3
est I
2
/I
3
= 0,75, déterminer R et r.
Expérience n°2 :
On remplace maintenant le générateur de tension par un générateur de courant idéal d'intensité I
0
= 0,2 A.
3- Décrire ce qui se produit au niveau des lampes L
j
.
Expérience n°3 :
On remplace maintenant le générateur de courant par un générateur de basses fréquences GBF délivrant une
tension triangulaire, figure 12 (annexe à rendre). La bobine est associée maintenant en série avec un conducteur
ohmique de résistance R' = 5 kΩ. Les spires visibles sur la figure sont celles situées en avant du plan de la feuille.
4- On bascule le commutateur K en position (1) puis on rapproche le pôle Nord de l'aimant droit de la face C de la
bobine. On observe une déviation de l'aiguille du microampèremètre.
a- Expliquer l'origine de cette observation. De quel phénomène s'agit-il ?
b- Énoncer la loi de Lenz.
c- Représenter sur la figure 12 de la page annexe à rendre, le vecteur champ magnétique créé par la bobine ainsi
que le sens du courant induit i'. Préciser la nature des faces C et D.
5- On enlève l'aimant et on bascule le commutateur K en position (2) :
a- En utilisant une approximation, montrer que la tension aux bornes de la bobine s'écrit : u
b
= L·di/dt.
b- En déduire que u
AM
= – (L/R') · du
BM
/dt.
c- Sachant que sur une demi-période u
BM
= –1,5 t + 2,4 et u
AM
= 0,24 V, (t en ms et u en V), déterminer L.
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ANNEXE À RENDRE
Nom et Prénom : ........................................................................................ Classe : 4
ème
Math+Sciences ........
Chimie – Exercice n°2
Physique – Exercice n°2
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