Devoir surveillé n°2 — Semestre 2

Chimie (7 points) — Préparer une solution de sulfate de cuivre

Donnée : M(CuSO₄) = 159,6 g/mol.

On veut préparer 200 mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration C = 5,0×10⁻² mol/L. Calculer la masse de soluté à peser. (1,5 pt)
Rédiger le protocole de la dissolution, en nommant la verrerie. (1,5 pt)
Calculer la concentration massique de cette solution. (1 pt)
On veut préparer 100 mL d'une solution 5 fois plus diluée. Calculer le volume de solution mère à prélever, et nommer l'instrument utilisé pour ce prélèvement. (2 pts)
Comment évolue la couleur bleue lors de la dilution ? Quelle grandeur se conserve ? (1 pt)

Physique — Exercice 1 (7 points) — Association de conducteurs ohmiques

Un générateur idéal de tension E = 12 V alimente un conducteur ohmique R₃ = 40 Ω, monté en série avec deux conducteurs ohmiques en dérivation : R₁ = 60 Ω et R₂ = 30 Ω.

Énoncer la loi d'Ohm. (0,5 pt)
Calculer la résistance équivalente à R₁ et R₂, puis la résistance équivalente du circuit. (2 pts)
Calculer l'intensité I débitée par le générateur. (1 pt)
Calculer la tension aux bornes de R₃, puis celle aux bornes de l'ensemble (R₁, R₂). (1,5 pt)
Calculer les intensités I₁ et I₂, puis vérifier la loi des nœuds. (2 pts)

Physique — Exercice 2 (6 points) — Diode et LED

Une diode (tension de seuil 0,70 V) est montée en série avec R = 220 Ω, sous E = 5,0 V, dans le sens passant. Calculer l'intensité du courant. (1,5 pt)
On retourne la diode. Que devient l'intensité ? Justifier. (1 pt)
On remplace la diode par une LED (U = 2,0 V ; I_max = 20 mA). Calculer la résistance minimale de protection sous 5,0 V. (1,5 pt)
Tracer l'allure de la caractéristique I = f(U) d'une diode. (1 pt)
Comment varie la résistance d'une thermistance CTN quand la température augmente ? Citer une utilisation. (1 pt)

Afficher la correction et le barème

Chimie (7 pts)

1. n = C·V = 5,0×10⁻² × 0,200 = 1,0×10⁻² mol ; m = n·M ≈ 1,6 g. (1,5)
2. Peser 1,6 g de sulfate de cuivre dans une coupelle. L'introduire dans une fiole jaugée de 200 mL à l'aide d'un entonnoir, en rinçant. Ajouter de l'eau distillée jusqu'à mi-hauteur, puis agiter pour dissoudre. Compléter jusqu'au trait de jauge, puis homogénéiser. (1,5)
3. C_m = C·M = 5,0×10⁻² × 159,6 ≈ 8,0 g/L. (1)
4. V₀ = V₁/5 = 20 mL, prélevés avec une pipette jaugée de 20 mL. (2)
5. La couleur devient plus pâle. La quantité de matière de soluté se conserve. (1)

Physique — Exercice 1 (7 pts)

1. U = R·I. (0,5)
2. R₁₂ = (60 × 30)/90 = 20 Ω ; R_éq = 20 + 40 = 60 Ω. (2)
3. I = 12/60 = 0,20 A. (1)
4. U₃ = 40 × 0,20 = 8,0 V ; U₁₂ = 20 × 0,20 = 4,0 V (8 + 4 = 12 ✔). (1,5)
5. I₁ = 4,0/60 ≈ 67 mA ; I₂ = 4,0/30 ≈ 133 mA ; 67 + 133 = 200 mA ✔ (2)

Physique — Exercice 2 (6 pts)

1. I = (5,0 − 0,70)/220 ≈ 19,5 mA. (1,5)
2. La diode est en sens bloqué : I ≈ 0. (1)
3. R_min = (5,0 − 2,0)/0,020 = 150 Ω. (1,5)
4. I est nulle pour U < U_s, puis augmente brusquement au-delà de U_s. En sens inverse, I est nulle. (1)
5. Elle diminue. On l'utilise comme capteur de température, par exemple dans un thermomètre électronique. (1)