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Pr. Rachid Boumkehla [email protected] 1 ن الرحيملرحما ا بسمAnnée scolaire 2020 - 2021 Contrôle continu N° 1 Premier semestre Matière : La Physique Chimie 2 SPC B.F (Bac International) Durée estimée : 1h 45min * * * Consignes pour le devoir et instructions générales L’énoncé de cette épreuve comporte 4 pages dont la page de garde. Vérifier que vous les avez bien reçus. La présentation, le soin et la rédaction seront pris en compte pour un point dans la notation. Justifier en expliquant votre démarche si cela est nécessaire. Tout calcul doit être précédé de la formule utilisée. La valeur numérique prise par une grandeur physique est toujours suivie d’une unité. Respecter la notation des grandeurs utilisées dans l’énoncé. Contenu du Sujet Parties Barème Chimie Etude de la cinétique chimique d’un mélange réactionnel 7Pt/20 Physique Physique 1 : Partie 1 : Quelques propriétés des ondes sonores. Partie 2 : L’étude d’une onde mécanique à la surface de l’eau. 7,5 Pt/20 Physique 2 : Diffraction de la lumière par une fente 5,5 Pt/20 Sujet

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Pr. Rachid Boumkehla

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بسم الله الرحمان الرحيم

Année scolaire 2020 - 2021

Contrôle continu N° 1 – Premier semestre

Matière : La Physique Chimie

2 SPC B.F (Bac International)

Durée estimée : 1h 45min

* * *

Consignes pour le devoir et instructions générales

L’énoncé de cette épreuve comporte 4 pages dont la page de garde. Vérifier que vous les avez

bien reçus.

La présentation, le soin et la rédaction seront pris en compte pour un point dans la notation.

Justifier en expliquant votre démarche si cela est nécessaire.

Tout calcul doit être précédé de la formule utilisée.

La valeur numérique prise par une grandeur physique est toujours suivie d’une unité.

Respecter la notation des grandeurs utilisées dans l’énoncé.

Contenu du Sujet

Parties Barème

Chimie Etude de la cinétique chimique d’un mélange réactionnel 7Pt/20

Physique

Physique 1 :

Partie 1 : Quelques propriétés des ondes sonores.

Partie 2 : L’étude d’une onde mécanique à la surface de l’eau.

7,5 Pt/20

Physique 2 :

Diffraction de la lumière par une fente

5,5 Pt/20

Sujet

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Chimie 45min

Le luminol est un composé organique de formule brute C8H7N3O2. Sa réaction avec certains oxydants

comme l’eau oxygénée H2O2 produit du diazote N2, et des ions aminophtalate C8H2NO42-. Ces derniers sont

dans un état excité, pour retrouver leur état stable ils émettent leur surplus d'énergie sous forme d'une lumière

bleue perçue dans l’obscurité totale. Toute fois, cette réaction est très lente, elle se compte en mois... Par

contre, elle se produit rapidement (dizaines de secondes) en présence des ions fer III. L'hémoglobine des

globules rouges du sang contient des ions fer III. Le luminol va servir aux techniciens de la police scientifique

pour déceler des traces de sang, même infimes, diluées par lavage ou séchées. Au contact des endroits où du

sang est tombé, des chimiluminescences apparaissent avant de s'éteindre environ 30 secondes après. Un

appareil photo mis en pose lente permet de localiser ces traces.

Le luminol C8H7N3O2 réagit avec l’eau oxygénée H2O2 selon une réaction oxydo-réduction représentée par

l’équation chimique suivante :

- 2-

8 7 3 2(aq) 2 2(aq) (aq) 2(g) 8 2 4(aq) 2 ( )2C H N O + 7H O + 4OH 2N + 2C H NO +14H O

Pour réaliser cette réaction, à une température T=300K, on

prépare un mélange réactionnel de volume Vsol =0,35L en

mélangeant :

Une masse m1=1,0g de luminol et 250g d’hydroxyde

de sodium et d’eau distillée.

Un volume V=0,50 mL d’eau oxygénée de

concentration C=9,8 mol. L-1.

5g d’un composé contenant des ions de fer III.

Données :

La masse molaire du luminol est : M=177g.mol-1

L’équation d’état des gaz parfaits : P.V= n.R.T

La constante des gaz parfaits : R=8,3 Pa.m3.K-1.mol-1.

Le volume du gaz reste constant pendant la réaction :

Vgaz=2,1.10-3m3.

On rappel : 1m3=103L ; 1hPa=102Pa

La figure ci-contre représente P(N2)=f(t) : la variation de la

pression diazote N2(g) formée en fonction du temps.

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1

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1. Quel est le rôle des ions de fer III dans cette réaction ?

2. Donner la définition de l’oxydant et écrire le cople ox/red à laquelle appartient l’eau oxygénée

H2O2. 3. Citer, deux techniques différentes qu’on peut adopter pour étudier l’évolution de cette

transformation au cours du temps.

4. On note n1 la quantité de matière initiale du luminol et n2 la quantité de matière initiale de l’eau

oxygénée. Vérifier que : n1=5,6.10-3mol et n2=4,9.10-3mol.

5. On donne le tableau d’avancement suivant. Copier et compléter le tableau puis déterminer

l’avancement maximal xmax.

Etat Avancement .....8 7 3 2(aq) 2 2(aq) 2(g)2C H N O + 7H O + ..... 2N +

Initiale 0 n1 n2

intermédiaire x

finale xmax

6. En exploitant le tableau d’avancement et l’équation d’état des gaz parfaits, retrouver l’expression

suivante : gaz

2

V(t) = P(N )

2R.Tx

7. Calculer P(N2)max la pression diazote N2(g) formée à l’état final.

8. Déduire l’expression de la vitesse volumique v de la réaction en fonction de Vsol, Vgaz, R, T et la

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dérivée 2d(P(N )

dt . Puis déterminer la valeur de v0 à l’instant t=0.

9. Définir le temps de demi-réaction t1/2 puis déterminer sa valeur.

Physique 1 30 min

Partie 1 : Quelques propriétés des ondes sonores :

Pour déterminer la célérité des ondes sonores dans l’eau on pose dans un bassin d’eau un metteur E et un

récepteur R sur la même droite, la distance entre E et R est ℓ=1,50m. On relie l’émetteur E par la voie 𝐘𝐀 et le récepteur R par la voie 𝐘𝐁d’un oscilloscope.

On donne la sensibilité horizontale : 0,2ms/div.

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1- Le son est il une onde longitudinale ou transversale. 2- L’onde sonore arrive au microphone R après un retard

τ par rapport à l’émetteur E. Déterminer τ. 3- Calculer 𝐯𝐞𝐚𝐮 la célérité de propagation des ondes

sonores dans l’eau. 4- On vide le bassin et les ondes sonores se propagent

dans l’air. Dans ce cas la célérité de propagation dépend de du coefficient de compression χ et de la masse volumique ρ . Pour l’air ρ=𝟏𝟎−𝟑𝒌𝒈. 𝒎−𝟑 et χ=8,65. 𝟏𝟎−𝟑m. 𝒌𝒈−𝟏. 𝒔𝟐 On exprime la célérité par une des relations suivantes.

a- airv = ρ.χ b-

1airv =

ρ.χ c-

1airv =

ρ.χ

4-1 : En utilisant l’analyse dimensionnelle trouver la relation correcte. Et calculer𝐯𝐚𝐢𝐫.

4-2 : Comparer 𝐯𝐞𝐚𝐮 et 𝐯𝐚𝐢𝐫 déduire. Partie 2 : L’étude d’une onde mécanique à la surface de l’eau.

Dans le bassin d’eau on crée par un vibreur de fréquence réglable des ondes circulaires successives sinusoïdales .On éclaire le bassin par un stroboscope et on obtient un arrêt apparent lorsqu’on règle la fréquence sur 𝐍𝐒=10Hz .la figure 2 représente les lignes tel que AB=15cm.

On ajoute au bassin deux plaques distantes de a=2cm.

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1) Déterminer la fréquence N ainsi la longueur d’onde λ et déduire la célérité de propagation des ondes v.

2) Comparer l’état de vibration des points A et B.

3) Lorsqu’on règle la fréquence du vibreur sur la valeur N’=15Hz on trouve λ’=4cm calculer la célérité v’. Et la comparer avec v déduire.

4) La fréquence est réglé à nouveau sur N=10Hz recopier la figure 2 et représenter l’allure des ondes âpres la traversée de la fente a et calculer l’écart angulaire θ.

Physique 2 25 min

Physique 2 : Diffraction de la lumière par une fente

Lors d’une séance des travaux pratiques, les élèves ont placé un

laser émettant un faisceau lumineux dont la longueur d’onde

dans le vide est 0, devant une fente de largeur a=40m. Ils ont

visualisé la diffraction sur un écran distant de la fente de

D=2,40m.

L’un des élèves mesure la largeur de la tache centrale, il trouve :

L=66 mm.

On donne : la célérité de la lumière dans le vide est c=3.108m.s-1.

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1) Quelle nature de la lumière est mise en évidence par la diffraction ?

2) Recopier la représentation illustrée dans la figure 1, et indiquer sur elle l’écart angulaire , la

distance D et la largeur L de la tache centrale.

3) Exprimer l’écart angulaire en fonction de L et D. on considère que tan =.

4) Déterminer l’expression de la longueur d’onde 0 en fonction de D, L et a.

5) Comment varie la largeur de la tache centrale L lorsque la largeur de la fente augmente ?

6) Calculer la valeur de 0. Peut-on observé cette lumière à l’œil nu ?

7) Dans une autre expérience, on émet cette onde lumineuse à travers une fibre optique de

longueur ℓ=500m et d’indice de réfraction n.

Pour parcourir la distance ℓ, la lumière met une durée =2,7s. Calculer la longueur

d’onde et déduire l’indice de réfraction.

Fin

Jeudi 26/11/2020

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