Devoirs Corrigés Physique Chimie N°3 S2 Tronc commun
Modèle N°1
PHYSIQUE (10 points)
Exercice 1 (6 pts)
Soit le schéma du montage suivant :
1) Quels sont les nœuds du circuit ? (0,5pt)
2) On donne : \( I_1 = 0,6 \, A \) ; \( I_2 = 0,2 \, A \) et \( I_3 = 0,1 \, A \).
Calculer les intensités \( I_4 \) ; \( I_5 \) et \( I_6 \). (1,5pt)
3) On donne les tensions \( U_{PN} = 24\,V \) ; \( U_{PA}= 12\,V \) ; \( U_{AC} = 8\,V \) et \( U_{BC} = 6\,V \).
a- Représenter les flèches des tensions : \( U_{PN} \) ; \( U_{PA} \) ; \( U_{AC} \) ; \( U_{BC} \) ; \( U_{CN} \) ; \( U_{AB} \) ; \( U_{EF} \). (1,75pt)
b- Calculer les tensions \( U_{CN} \) ; \( U_{AB} \) ; \( U_{BE} \) et \( U_{EF} \). En déduire \( U_{FE} \). (2,25pt)
Exercice 2 (4 pts)
La sensibilité verticale de l’oscilloscope est \( S_V = 5\,V/div \). Sensibilité horizontale \( S_h = 2\,ms/div \).
1) Déterminer la période de cette tension. (1pt)
2) En déduire la fréquence f du signal étudié. (1pt)
3) Déterminer \( U_{max} \) la tension maximale de la tension étudiée. (1pt)
4) En déduire \( U_{eff} \) la valeur de la tension efficace de cette tension. (1pt)
CHIMIE (10 points)
1. Équilibrer les équations bilan suivantes :
…… \( NO \) + …… \( CO \) → …… \( N_2 \) + …… \( CO_2 \)
…… \( C_5H_8 \) + …… \( O_2 \) → …… \( H_2O \) + …… \( CO_2 \)
…… \( SO_2 \) + …… \( O_2 \) → …… \( SO_3 \)
…… \( NH_3 \) + …… \( O_2 \) → …… \( H_2O \) + …… \( N_2 \)
Pour obtenir une lumière flash, les premiers photographes faisaient brûler un ruban de magnésium dans l’air. Afin de réaliser la même expérience d’une manière quantitative ; on fait brûler une masse \( m = 2,43\,g \) de magnésium (\( Mg \)) dans un volume \( V = 1,5\,L \) de dioxygène gazeux (\( O_2 \)) contenu dans un récipient. On obtient une poudre blanche collée aux parois du récipient : c’est l’oxyde de magnésium.
Données :
Masses molaires atomiques : \( M(Mg) = 24,3\,g\cdot mol^{-1} \) ; \( M(O) = 16,0\,g\cdot mol^{-1} \)
Volume molaire d’un gaz dans les conditions de l’expérience : \( V_m = 25,0\,L\cdot mol^{-1} \)
L’équation chimique (non équilibrée) : \( Mg_{(s)} + O_{2(g)} \longrightarrow MgO_{(s)} \)
1- Réécrire correctement l’équation. (0,5pt)
2- Déterminer la quantité de matière initiale de chacun des réactifs : \( n(Mg)_i \) et \( n(O_2)_i \). (1,5pt)
3- Remplir le tableau d’avancement de la réaction. (2,5pts)
| Équation de la réaction | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| État | Avancement | Mg | O₂ | MgO | |
| Initial | 0 | 0 | |||
| En cours | x | ||||
| Final | xₘₐₓ | ||||
4- Déterminer l’avancement maximal \( x_{max} \) de la réaction puis en déduire le réactif limitant. (1,5pt)
5- Donner le bilan de matière à l’état final. (1,5pts)
6- Calculer la masse de l’oxyde de magnésium formée. (0,5pt)
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Modèle N°2
CHIMIE (8,5 points)
Moteurs Viking – Combustion de la DMHA
Le premier étage de la fusée Ariane IV est équipé de moteurs Viking qui utilisent la diméthylhydrazine (DMHA), de formule C₂H₈N₂, comme combustible et le tétraoxyde de diazote, de formule N₂O₄ comme comburant. Ces espèces chimiques réagissent entre elles à l’état gazeux. La réaction donne du diazote, de l’eau et du dioxyde de carbone, tous à l’état gazeux.
Un groupe de savants ont réalisé la même expérience mais au laboratoire en utilisant une masse de DMHA \( m_1 = 20\,g \) et un volume \( V = 2\,L \) de \( N_2O_4 \).
Données :
Volume molaire : \( V_m = 90\,L\cdot mol^{-1} \)
Masses molaires : \( M(C)=12 \), \( M(H)=1 \), \( M(N)=14 \), \( M(O)=16 \, g/mol \)
Écrire les résultats avec 3 chiffres significatifs.
a) Équilibrer l’équation chimique modélisant la réaction. (1pt)
\( C_2H_8N_{2(g)} + A \ N_2O_{4(g)} \rightarrow 3 \ N_{2(g)} + B \ H_2O_{(g)} + C \ CO_{2(g)} \)
avec \( A + B = 6 \), \( C + B = 8 \) et \( C – A = 2 \).
b) Calculer la quantité de matière de \( C_2H_8N_2 \) et de \( N_2O_4 \). (1pt)
c) Remplir le tableau d’avancement ci-dessous. (1,5 pts)
| État | Avancement | \( C_2H_8N_2 \) | \( N_2O_4 \) | \( N_2 \) | \( H_2O \) | \( CO_2 \) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Initial | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| En cours | \( x \) | |||||
| Final | \( x_{max} \) |
d) Déterminer le réactif limitant et la valeur de l’avancement maximal. (1pt)
e) Donner le bilan de la quantité de matière à l’état final. (2 pts)
f) Montrer que le volume de \( CO_2 \) formé à l’état final est \( V’ = 1,99\,L \). (1pt)
g) Quelle quantité de matière de \( N_2O_4 \) doit-on utiliser au départ pour avoir une réaction stœchiométrique ? (1pt)
PHYSIQUE 1 (5,5 points)
Circuit avec diode Zener
Le circuit suivant est constitué d’un générateur de tension \( U_{MN} \) continue et réglable, deux conducteurs ohmiques de résistances \( R_1 = 50\,\Omega \) et \( R_2 = 60\,\Omega \), une diode Zener D idéale de tension Zener \( U_Z = 6\,V \) et un ampèremètre.
1) Quand l’interrupteur K est ouvert, l’ampèremètre indique la valeur \( I = 0,2\,A \). Déterminer les tensions \( U_{KA} \), \( U_{AB} \) et \( U_{MN} \). (1,5 pt)
2) Quand l’interrupteur K est fermé, l’ampèremètre indique la valeur \( I’ = 0,15\,A \).
2.1) Montrer que la diode n’est pas bloquée. (1 pt)
2.2) Calculer \( I_Z \) et \( I_2 \) passant respectivement dans D et dans le conducteur ohmique de résistance \( R_2 \). (1,5 pt)
2.3) Calculer \( U_{MN} \). (1,5 pt)
PHYSIQUE 2 (6 points)
Caractéristique d’un générateur
Le schéma ci-contre représente la caractéristique d’un générateur \( G (E, r) \).
1) Donner le nom de \( E \) et sa valeur. (1pt)
2) Donner le nom de \( r \) et montrer que sa valeur est \( 3,33\,\Omega \). (1pt)
3) Donner l’expression de la loi d’ohm pour ce générateur. (0,5pt)
4) On introduit ce générateur dans un circuit électrique en série qui comporte :
Deux conducteurs ohmiques \( R_1 = 20\,\Omega \) et \( R_2 = 10\,\Omega \), un moteur \( (3V ; 1,2\,\Omega) \).
a) Donner l’expression de la loi d’ohm pour un récepteur. (0,5pt)
b) Calculer la valeur de l’intensité de courant électrique qui traverse le moteur. (1pt)
c) Donner l’expression de la tension aux bornes du générateur et du moteur. (1pt)
d) On court-circuite le générateur en reliant ses bornes par un fil conducteur. Trouver la valeur de \( U_{PN} \) et celle de \( I_{CC} \) dans ce cas. (1pt)
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PHYSIQUE 2 (6 points) – Corrigé
Caractéristique d’un générateur
1) \( E \) est la force électromotrice (f.e.m.).
D’après le tableau : pour \( I = 0 \, A \), \( U = 14 \, V \) (valeur lue par prolongement de la droite).
Donc \( E = \textbf{14 V} \).
2) \( r \) est la résistance interne.
On a : \( U = E – r \times I \) ⇒ \( r = \frac{E – U}{I} \)
Prenons les deux points :
A(0 ; 14) et B(1,2 ; 10)
\( r = \frac{14 – 10}{1,2} = \frac{4}{1,2} \)
\( r \approx \textbf{3,33 Ω} \)
3) Loi d’Ohm pour le générateur :
\( U = E – r \times I = 14 – 3,33 \, I \)
4) Circuit en série :
a) Loi d’Ohm pour un récepteur (moteur) :
\( U = E’ + r’I \) avec \( E’ = 3\,V \) et \( r’ = 1,2\,\Omega \)
b) Intensité traversant le moteur :
\( 14 – 3,33I = 3 + 1,2I + 20I + 10I \)
\( 14 – 3 = (3,33 + 1,2 + 20 + 10)I \)
\( 11 = 34,53 I \)
\( I = \frac{11}{34,53} \approx \textbf{0,32 A} \)
c) Expressions des tensions :
Aux bornes du générateur : \( U(PN) = E – rI \)
Aux bornes du moteur : \( U(AB) = E’ + r’I \)
d) Court-circuit :
\( U(PN) = 0 \)
\( 0 = E – rI_{CC} \) ⇒ \( I_{CC} = \frac{E}{r} = \frac{14}{3,33} \approx \textbf{4,2 A} \)
\( U(PN) = \textbf{0 V} \)
Devoirs Corrigés Physique Chimie N°3 S2 Tronc commun