Rappel de la définition de l épreuve

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1 Document d accompagnement thématique Inspection de l'enseignement Agricole Diplôme: Baccalauréat technologique STAV : sciences de la matière Ce document d accompagnement présente des exemples d exercices qui pourraient, tout ou partie, constituer les futurs sujets de l épreuve E8 à partir de la session de L objectif est, à ce jour, de donner l esprit et de montrer l évolution de cette épreuve. Rappel de la définition de l épreuve (référence : Arrêté de diplôme du 26 Février 2013 et Note de service DGER :DGER/SDPOFE/N en date du 28 mai 2013 concernant l épreuve EPT E8) Il s agit d une épreuve écrite terminale d une durée de 2 heures. L épreuve porte sur les objectifs du module M8. Toutefois les savoirs et les savoir-faire requis dans les items 1.1.1, 1.1.3, 1.2.1, 2.1, 2.2.1, 2.3, et 2.6 ne pourront constituer le ressort exclusif de cette épreuve. Elle permet d évaluer la mise en œuvre de raisonnements scientifiques par la mobilisation et l organisation de connaissances dans le cadre de la résolution de problèmes : - en exploitant des documents pour en extraire les informations utiles et les confronter à ses propres connaissances afin de les interpréter d un point de vue scientifique et d exercer son esprit critique ; - en formulant des hypothèses et proposant des explications scientifiques à un problème posé ; - en réalisant des calculs littéraux et leurs applications numériques. Certaines questions pourront faire référence à des pratiques expérimentales ou techniques. L usage de la calculatrice n est pas systématique le jour de l examen. La correction est réalisée par un enseignant de physique-chimie à partir d une grille nationale critériée. Cette épreuve peut-être constituée d un problème ou de plusieurs exercices.

2 Indications complémentaires Présentation des exercices proposés dans ce document : Comme y invite l esprit de la note de service, rappelé ci-dessus, il s agit de faire évoluer l épreuve, et par delà, l enseignement qui y prépare dès la classe de première (en continuité avec celui de seconde GT) vers la mise en œuvre de raisonnements scientifiques par la mobilisation et l organisation de connaissances (acquises ou fournies dans la documentation annexée au sujet) et ce à des fins de résolution de problèmes concrets. Les quatre exercices proposés ci-dessous montrent l orientation des futures épreuves. Les élèves doivent donc y être préparés en conséquence. Pour cela, le mode de questionnement doit évoluer. Il ne doit plus viser uniquement (ou majoritairement) à évaluer une restitution systématique et étendue de savoirs et savoir-faire, mais doit permettre de montrer en quoi les apports et les raisonnements mis en œuvre en physique-chimie sont une aide précieuse dans la prise de décision scientifique et dans l explication de phénomènes ou de faits de la vie courante ou professionnelle. A ces fins, certaines questions (par exemple : les questions 2.1 et 4. de l exercice 1 ainsi que la question 2. de l exercice 3) sont volontairement non détaillées afin d éviter que la résolution d un problème de physique-chimie ne soit qu une exécution mécanique et programmée d opérations élémentaires et/ou de procédures très guidées. Forme : Sujet écrit : Chaque exercice ou partie comportera : - un titre citant la thématique problématisée choisie ; - un chapeau introductif présentant le contexte général ; - un questionnement visant à vérifier le niveau scientifique du candidat : ses connaissances et savoir-faire, sa capacité à mobiliser des connaissances et des outils qui peuvent être fournis. D une manière générale, les questions sont formulées à l aide un verbe d action soigneusement choisi. Une mise en situation peut être proposée sur quelques lignes afin d initier une question ou un questionnement. Documents : Ils sont regroupés en fin ou en début d exercice et sont relatifs à une thématique illustrée par une ou plusieurs situations courantes, professionnelles ou scientifiques concrètes. Les documents sont diversifiés, tant sur le fond que dans leur forme, en limitant les textes longs. Ils contiennent des informations utiles à la résolution des problèmes posés, le candidat doit pouvoir y mobiliser (ou remobiliser) des connaissances et des outils qu il doit être en capacité de choisir. À ce titre, des informations non utiles peuvent également être données. Note : Il y a obligation à indiquer la source des documents proposés (ouvrage, site Internet, ). Il peut s agir d extraits, qui peuvent être partiellement modifiés (dans ce cas, indiquer «D après», avec la référence). Modalités Capacités visées : Contrairement aux diplômes de baccalauréat professionnel et de BTSA, le baccalauréat STAV ne possède pas de référentiel de certification, le terme «capacités» s entend donc ici dans son sens général, cependant, on peut dégager du référentiel de formation (figurant dans l arrêté du 26 février 2013) un certain Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 2/23

3 nombre de critères d évaluation : - identification et/ou restitution de connaissances et d informations utiles ; - utilisation et/ou production d outils (par exemple : calculs, protocoles, lecture de documents, schémas, graphiques ) ; - établissement et/ou utilisation de modèles (par exemple : équations chimiques, différentes formules de molécules, vecteurs, schémas fonctionnels ) ; - mise en œuvre d un raisonnement pour expliquer un fait scientifique ou répondre à une problématique ; - communication (cette capacité est transversale et s apprécie au travers des critères précédents). Grille d évaluation, notation : La grille comporte : - les critères retenus pour l évaluation en regard du questionnement ; - des indicateurs permettant d apprécier l acceptabilité des réponses obtenues ; - les réponses attendues (indications précises si besoin). Une notation globale, qui évite une dispersion des points, est privilégiée. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 3/23

4 Libellé des exercices Exercice 1 : Production laitière et développement durable. Un éleveur possède un troupeau de vaches produisant du lait pour la transformation fromagère. Les opérations de nettoyage de la machine à traire après chaque traite, du tank de stockage réfrigéré après sa vidange ainsi que de l ensemble de la salle de traite nécessitent une importante quantité d eau chaude. Le document 1 rassemble quelques caractéristiques du troupeau en production, du lait produit et de l eau chaude de lavage. L éleveur veut adapter son installation de traite afin de favoriser des économies d énergie dans une démarche économique et de développement durable. Un professionnel lui conseille un système répondant à ses besoins, son principe est décrit dans le document 2. Les parties A et B sont indépendantes Partie A Le document 3 donne des outils d aide à la résolution ainsi que des valeurs de paramètres nécessaires à la résolution de ce problème. 1. Questions préliminaires relatives aux différents transferts thermiques En s appuyant sur les connaissances nécessaires et sur les ressources qui sont fournies dans les documents 1.1 Justifier que la masse de lait à réfrigérer a pour valeur : m lait = 515 kg 1.2 En déduire que la valeur de l énergie cédée par transfert thermique entre le lait d une traite et le système de refroidissement du tank a pour valeur absolue : Q F = 45,2 MJ. 1.3 Montrer que l énergie thermique que peut transférer le fluide frigorigène à l eau à chauffer a pour valeur absolue : Q C = 54,3 MJ. 2. Questions relatives à la mise en place du nouveau système de production d eau chaude : 2.1 L eau de lavage, puisée à la température de 12 C doit être chauffée pour atteindre la température désirée. Montrer à cet éleveur que la seule énergie calorifique récupérée sur une seule traite au niveau du système de refroidissement du tank ne permettra pas complètement d obtenir ce résultat. Pour cela, on pourra évaluer la valeur Q de l énergie cédée par transfert thermique à opérer sur le volume d eau à chauffer. 2.2 L énergie calorifique récupérée au niveau du système de refroidissement du tank permet toutefois de préchauffer l eau de façon très significative. En calculant E, valeur de l énergie à fournir au système de refroidissement du tank pour son fonctionnement, expliquer en quoi cette opération permet de réaliser des économies. 2.3 Proposer une solution possible pour atteindre l objectif visé en ce qui concerne la température de l eau de lavage, celle-ci pouvant également s inscrire dans une démarche de développement durable. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 4/23

5 Partie B Un problème de résidus affectant la qualité du lait produit par cet éleveur a été détecté au contrôle laitier. Ceci est manifestement dû à une difficulté à éliminer les matières grasses lors de la phase du lavage dite «phase basique». Pour cette opération, l éleveur utilise une solution d un produit vendu sous le nom de : Alcalin concentré. La fiche livrée avec ce produit est donné dans le document 4. L éleveur se demande s il y a un problème sur la concentration de la solution commerciale ou sur la pompe doseuse participant à la fabrication de la solution de lavage. Il décide de faire analyser ces solutions par un laboratoire d analyses physico-chimiques. Il fait parvenir à ce dernier deux échantillons : - échantillon n 1 : solution commerciale - échantillon n 2 : solution de lavage. Un compte rendu des opérations réalisées est donné au document Questions relatives à la partie expérimentale réalisée au laboratoire d analyses. 3.1 Donner, en le justifiant, le ou les équipement(s) de protection individuelle à utiliser pour la manipulation des échantillons à analyser. En ce qui concerne le dosage de l échantillon n Donner le compte rendu opératoire de ce dosage. On pourra s appuyer sur des schémas simples annotés. Les noms des matériels de verrerie utilisés sont demandés. 3.3 Préciser le type de réaction chimique sur lequel s appuie ce dosage de l échantillon n Après avoir écrit l équation chimique simplifiée de cette réaction, effectuer un bilan molaire, à l équivalence, qui permette d établir la relation existant entre les concentrations molaires C A et C B de l acide et de la solution de lavage, le volume V B de la prise d essai et le volume équivalent V Aeq. 3.4 Variante : Après avoir écrit l équation chimique simplifiée de cette réaction, effectuer un bilan molaire qui permette d établir que la relation existant entre les concentrations molaires C A et C B de l acide et de la solution de lavage, le volume V B de la prise d essai et le volume équivalent V Aeq est : C A.V Aeq = C B.V B 4. Question relative au questionnement de l éleveur. La solution de lavage est réalisée par une pompe doseuse. Montrer à cet éleveur que le problème lié à la mauvaise qualité du lavage de ses installations est causé par un mauvais fonctionnement de la pompe. Pour cela : - on effectuera l évaluation de la qualité de la solution commerciale à l aide de la détermination de sa densité ; - on effectuera l évaluation de la qualité de la solution de lavage par l exploitation du résultat du dosage de l échantillon n 2 et de l exploitation de s données du document 4. L ensemble des calculs sera détaillé, les constructions et la détermination graphique du volume équivalent notées sur l annexe A, à rendre avec la copie. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 5/23

6 Document 1 : Production et conservation du lait Tank à lait et son système de refroidissement. Effectif du troupeau en production : 48 vaches Volume de lait produit à chaque traite : 500 L Avant d arriver au tank, le lait est pré-refroidi à la température t L = 25 C Température finale du lait stocké : t F = 4 C. source : avedemil.com Document 2 : Equipement de refroidissement du lait et de chauffage de l eau de lavage Principe simplifié du système. Source : d après documents des conseils généraux des pays de Loire et Bretagne ainsi que ADEME Au niveau de l évaporateur, le système prélève de l énergie, notée Q F, au lait pour faire diminuer sa température. Cette énergie est transportée par un fluide frigorigène jusqu au condenseur. Au niveau du condenseur, de l énergie Q C est transférée à l eau de lavage, ce qui provoque le réchauffement de celle-ci. Pour fonctionner, le compresseur de ce système reçoit une énergie électrique E. Le modèle physique décrivant cette machine permet d établir que : Q C = 3 E. Caractéristiques de l eau de lavage des installations. Volume d eau chaude utilisée après chaque traite V e = 350 L Température de l eau chaude : θ 2 = 60 C Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 6/23

7 Document 3 : Outils d aide à la résolution, valeurs de paramètres Expression de l énergie échangée par transfert thermique que subit un système de masse m, passant de la température t 1 à la température t 2 et de capacité thermique massique c : Q = m c ( t 2 - t 1 ) unités : m en kg, c en J. kg -1. C -1, t 2 et t 1 en C et Q en J. Valeur de la capacité thermique massique c E de l eau : c E = 4180 J. kg -1. C -1 Valeur de la capacité thermique massique c L du lait : on admettra que c L = c E Relation entre l énergie Q F prélevée sur le lait et l énergie Q C cédée à l eau par le fluide frigorigène : T C Q C = QF où : TF T F est la température absolue du lait refroidi (exprimée en Kelvin) et T C la température absolue de l eau chaude (exprimée en Kelvin). Température absolue d un corps : T = t avec T en Kelvin et t en C Masse volumique du lait : ρ L = 1,03 kg.l -1 Masse volumique de l eau : ρ E = 1,00 kg.l -1 Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 7/23

8 Document 4 : Extrait de la documentation technique commerciale du produit de lavage : Évolution de la masse volumique de la solution aqueuse en fonction de la concentration : Concentration massique Concentration molaire Masse volumique (% m ) (mol.l -1 ) (g.ml -1 ) 16,0 4,701 1, ,0 5,387 1, ,0 6,096 1, ,0 6,827 1, ,0 7,579 1, ,0 8,352 1, ,0 9,145 1, ,0 9,958 1, ,0 10,791 1, ,0 11,643 1, ,0 12,512 1, ,0 13,398 1, ,0 14,300 1,4299 Source : William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, 93 e éd., Note : la densité d un corps a la même valeur que sa masse volumique à condition que celle-ci ait pour unités le g.l -1 Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 8/23

9 Document 5 : Travaux réalisés au laboratoire : Opération réalisée sur l échantillon n 1 : Une fiole jaugée de 250 ml, préalablement tarée, est remplie avec l échantillon n 1 pris à la températ ure de 20 C, puis pesée. La masse des 250 ml d échantillon a pour valeur : m = 328 g Opération réalisée sur l échantillon n 2 : Un volume V B = 10,0 ml de la solution de lavage est prélevé et placé dans un récipient de verre. Après avoir ajouté environ le même volume d eau distillée, on y installe une électrode de verre combinée destinée à mesurer le ph du mélange. On ajoute alors progressivement, avec la verrerie adaptée, une solution d acide chlorhydrique de concentration C A = 1, mol.l -1. Le ph du milieu réactionnel est relevé pour différents volumes versés. Une courbe donnant ces couples de valeurs est reproduite dans l annexe A (qui sera à rendre avec la copie). Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 9/23

10 MINISTERE DE L AGRICULTURE EXAMEN : Nom : Spécialité ou Option : (EN MAJUSCULES) Prénoms : EPREUVE : N ne rien inscrire Date de naissance : 19 Centre d épreuve : Date : N ne rien inscrire ANNEXE A (à compléter et à rendre avec la copie) Courbe de dosage ph = f(v A ) V A en ml Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 10/23

11 Exercice 2 : Satellite géostationnaire. Les satellites météorologiques, qui ont comme mission principale le recueil de données utilisées pour la surveillance du temps et du climat de la Terre, sont des satellites géostationnaires : Ils paraissent immobiles dans le référentiel terrestre que l on considèrera galiléen. Dans le référentiel géocentrique, également galiléen, on admettra que leur mouvement est circulaire uniforme. Leur vitesse a pour valeur v = 3, m.s -1. La trajectoire d un satellite est donnée dans l annexe B à rendre avec la copie. Les points de position mentionnés (M 1, M 2, M 3 ) marquent les positions du satellite à des intervalles de temps t = 1 h. 1. Sur l annexe B, 1.1. Tracer les vecteurs vitesses v r 1 et v r 3 du satellite aux positions M 1 et M 3. L échelle est fournie dans l annexe À la position M 2 du satellite, tracer le vecteur : v r = v r 3 v r 1. On pourra s appuyer sur l outil mathématique fourni. 2. On suppose que le satellite n est soumis qu à une seule force notée F r En utilisant la deuxième loi de Newton, donner la direction et le sens de cette force F r On considère que le satellite de masse m n est soumis qu à cette force F r = m. a r. Nommer cette force Montrer par un calcul que la valeur de a : accélération à laquelle est soumis le satellite a pour valeur approchée : a = 0,23 m.s Calculer la valeur numérique F de l intensité de la force sachant que la masse du satellite est : m = 400 kg. Outils pour cet exercice : 1h correspond à 3600 s. Faire une différence de deux vecteurs v r et u r ramenés en un point O : u r v r : ramener les origines des deux O vecteurs sur le point O en les déplaçant parallèlement à eux mêmes, puis la différence v r u r est construite comme ci-contre (en pointillé) : v r u r O u r u r v r Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 11/23

12 MINISTERE DE L AGRICULTURE EXAMEN : Nom : Spécialité ou Option : (EN MAJUSCULES) Prénoms : EPREUVE : N ne rien inscrire Date de naissance : 19 Centre d épreuve : Date : ANNEXE B (à compléter et à rendre avec la copie) N ne rien inscrire Échelle pour les vecteurs vitesses : 1 cm pour 500 m.s -1 Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 12/23

13 Exercice 2 bis : (variante concernant la situation physique contextualisante) : Trajectoire d une balle de tennis Le mouvement d une balle de tennis lancée avec une vitesse initiale est filmé avec une webcam. A l aide d un logiciel de pointage, on capture les positions de la balle toutes les 0,0667 s. On obtient la trajectoire donnée en annexe C. Pour chaque position pointée, les coordonnées ainsi que la valeur de la vitesse instantanée de la balle sont déterminées à l aide d un tableur. Les résultats suivants sont obtenus. On appelle M 0 le point correspondant à la date t = 0 s et situé à l origine des abscisses et ordonnées, M 1 celui correspondant à la date suivante Les questions sont identiques à l exercice précédent. Toutefois, on déterminera le vecteur v r 3 = v r 4 - v r 2 au point M 3 sur la trajectoire située dans l annexe C, la valeur de l accélération a, que l on cherche à déterminer, a pour valeur approchée 10 m.s -2 (intensité de la pesanteur), la masse d une balle de tennis a pour valeur : m = 58 g. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 13/23

14 Outils pour cet exercice : g = 9,8 m.s -2 Pour tracer le vecteur u r - v r, construire le vecteur u r + (- v r ) : - déplacer le vecteur u r au point O (parallèle, même sens, même grandeur que u r ) ; - à l extrémité de u r, tracer le vecteur (- v r )( parallèle, sens opposé, même grandeur que v r ) ; - le vecteur u r - v r est celui dont l origine est 0 et l extrémité celle de (- v r ). u r u r - v r - v r O X v r u r Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 14/23

15 MINISTERE DE L AGRICULTURE EXAMEN : Nom : Spécialité ou Option : (EN MAJUSCULES) Prénoms : EPREUVE : N ne rien inscrire Date de naissance : 19 Centre d épreuve : Date : ANNEXE C (à compléter et à rendre avec la copie) N ne rien inscrire Échelle pour les vecteurs vitesses : 1cm pour 1 m.s -1 Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 15/23

16 Exercice 3 : Production de vin liquoreux. Le vin est obtenu par fermentation alcoolique, sous l action de levures, du jus de raisin obtenu par pressurage après vendange. Ce jus porte alors le nom de moût. Ce moût est essentiellement composé d eau, de glucides, de très nombreux autres composés organiques en faible concentration ainsi que de divers ions. Les glucides majoritairement présents sont des hexoses : le glucose et le fructose. Lors de la fermentation, ceux-ci sont tous les deux transformés. 1. Les principaux glucides présents dans le moût. Le glucose et le fructose sont deux hexoses isomères de fonction dont les formules semi- développées et quelques caractéristiques sont données dans le document Justifier l appellation «hexose» pour ces espèces chimiques. 1.2 Le glucose est une espèce appelée : sucre réducteur. Il peut être caractérisé à l aide la liqueur de Fehling. En s appuyant sur le document 1, proposer (sous une forme rédigée, ou sous forme de schémas annotés, ou sous une forme mixte) un protocole expérimental de mise en œuvre de ce test. 1.3 En s appuyant sur leurs formules semi-développées, Nommer et donner la formule semi-développée du groupement fonctionnel qui confère au glucose son caractère réducteur Nommer et donner la formule semi-développée du groupement fonctionnel du fructose qui différentie ce dernier du glucose. 1.4 Relever et nommer l autre groupement fonctionnel présent dans ces molécules. 2. Caractère d un vin. Sur son exploitation, un vigneron produit un vin liquoreux à partir de raisins blancs. On distingue trois types de vins dits «sucrés». Leurs caractéristiques sont données dans le document 2. Cette année, les conditions climatiques défavorables ont donné un raisin dont le moût n est pas aussi riche en glucides que le vigneron le souhaiterait pour sa production. La concentration en glucides du moût obtenu a pour valeur : C Glu = 270 g.l -1. Toutefois, le vigneron se demande si son vin pourra avoir, cette année, la qualification de «vin liquoreux». Le but de cet exercice est de répondre à cette question. Le vigneron choisit pour cette production de limiter le degré alcoolique de son vin à 14. Ceci corres pond à une teneur en éthanol : t Eth = 110 g.l -1. En effectuant un bilan de matière (conduisant à une évaluation de la masse d éthanol produit), sur la réaction de fermentation et portant sur 1 L de vin, indiquer, en le justifiant, si ce vigneron obtiendra cette année un vin qualifié de «liquoreux», selon son souhait. 3. La chaptalisation (document 3) 3.1 Justifier que la chaptalisation permet d augmenter le degré alcoolique d un vin. 3.2 Dans le document 3, il est noté que le deutérium est un «proche parent» de l'hydrogène. Proposer un terme scientifique pour décrire la relation qui existe entre l hydrogène et le deutérium. 3.3 Les vignes du vigneron se trouvent dans la région B (voir document 4). En 2011, une expertise de son vin a donné un rapport (D/H) = 101,0 ± 0,2 ppm. En déduire s il y a eu ou non chaptalisation, cette année-là. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 16/23

17 Document 1 : Le glucose et le fructose Glucose Fructose Données : - Formule brute de ces deux isomères : C 6 H 12 O 6. -Test caractéristique des sucres réducteurs : en présence de liqueur de Fehling et chauffés, les sucres réducteurs donnent un précipité rouge brique. - Équation chimique simplifiée de la fermentation alcoolique que l on considèrera ici comme une réaction totale : C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 6 O + 2 CO 2. La molécule C 2 H 6 O est l éthanol (dont le nom courant est «l alcool»). Sa teneur donne le degré alcoolique de la boisson obtenue. Variante : On considèrera ici que la fermentation de ces glucides est une réaction totale dont les produits de réactions sont l éthanol, C 2 H 6 O (dont le nom courant est «l alcool») et le dioxyde de carbone CO 2. - Masses molaires en g.mol -1 : C : 12 O : 12 H : 1 Variante des données de masses molaires : Masses molaires en g.mol -1 : C 6 H 12 O 6 : 180 C 2 H 6 O : 46 CO 2 : 44 Document 2 : Caractéristiques des vins «sucrés». Un moût destiné à faire du vin doux peut contenir jusqu à 350 g.l -1 de sucre. Lors de la vinification, une partie des sucres (glucides) est transformée en alcool, l autre reste dans le vin et porte le nom de «sucres résiduels». Les demi-secs : vins contenant plus de 4 g.l -1 et moins de 12 g.l -1 de sucres résiduels Les moelleux : vins contenant plus de 12 g.l -1 et moins de 45 g.l -1 de sucres résiduels. Les doux (ou liquoreux) : vins contenant plus de 45 g.l -1 de sucres résiduels. D après : Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 17/23

18 Document 3 : chaptalisation L'une des fraudes les plus courantes est la chaptalisation illégale. Cette pratique consiste à «ajouter du sucre» (provenant de la betterave) aux moûts de raisin, notamment à ceux qui sont incapables d'atteindre naturellement un taux d'alcool suffisant. Ce taux est exprimé en pourcentage volumique d éthanol appelé : degré alcoolique. Il est, en effet, possible de contrôler l'adjonction de sucre dans les vins. Dans ce but, les scientifiques exploitent le fait que toute grappe de raisins arrivant à maturité s'enrichit naturellement en deutérium D, proche parent de l'hydrogène H, et que le rapport quantitatif, noté (D/H), entre les quantités de ces deux éléments est constant pour un même type de vin. Si le rapport (D/H) mesuré pour un vin est différent de la valeur qu'il devrait avoir, c'est qu'il y a eu chaptalisation Le rapport (D/H) est exprimé en ppm. 2 La représentation symbolique du noyau de deutérium est H 1 1 et celle de l hydrogène est H. 1 Document 4 : rapport (D/H) pour des vins provenant de deux régions différentes en fonction des années Les cercles représentent les valeurs les plus probables et les rectangles les marges d erreur sur les mesures. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 18/23

19 Exercice 4 : Dosage du dioxyde de soufre en solution. Le dioxyde de soufre SO 2 est présent dans les vins, c est un additif alimentaire (de code E220) qui a une action antioxydante et antiseptique assurant ainsi une meilleure conservation. Toutefois, afin de ne pas nuire à la santé des consommateurs, un taux maximal est fixé pour chaque type de vins (voir document 1). Dans le cadre d un stage d éducation à la santé, un groupe d élèves travaillent en autonomie sous la responsabilité de leur professeur. Des recherches leur ont permis de trouver une méthode et un protocole de dosage du dioxyde de soufre par iodométrie (document 2). Ils veulent travailler sur un vin blanc sec et sur un vin rouge. Les documents utiles à la résolution sont rassemblés à la fin de l exercice. 1. Repérage de l équivalence. a. Décrire et interpréter le fait expérimental qui permettra de détecter l équivalence de la réaction support du dosage. (trois lignes au maximum) b. Indiquer, en le justifiant, si la méthode qu ils comptent utiliser est appropriée pour les deux vins. (deux lignes au maximum) 2. En exploitant le dosage effectué, indiquer, si le taux de SO 2 dans le vin étudié (document 2) est conforme aux normes sanitaires. On exprimera la valeur déterminée avec son incertitude. Variante n 1 : 2. En effectuant un bilan de matière de la réaction support du dosage du SO 2, indiquer si le vin étudié (document 2) est conforme aux normes sanitaires. On exprimera la valeur déterminée avec son incertitude. Variante n 2 : 2. Indiquer si le taux de SO 2 est conforme aux normes sanitaires. Pour cela, on effectuera un bilan de matière de la réaction support du dosage (conduisant à une évaluation de la concentration molaire C 1, puis massique C m de SO 2 dans le vin dosé). On exprimera la valeur déterminée de C m avec son incertitude. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 19/23

20 Document 1 : Concentrations massiques maximales de SO 2 autorisées (extrait de normes sanitaires) Vin blanc sec : 210 mg.l -1 Vin rouge : 160 mg.l -1 Document 2 : Méthode et protocole du dosage du dioxyde de soufre dans une solution aqueuse. On effectue un dosage colorimétrique, la solution dosante est une solution de diiode I 2. Le diiode réagit avec le dioxyde de soufre. Equation chimique support du dosage : I 2(aq) + SO 2(aq) + 2H 2 0 2I - (aq) + SO 4 2-(aq) + 4H + (aq) Protocole opératoire : Introduire, à l aide d une pipette jaugée, un volume V 1 = 50,0 ml de vin dans un erlenmeyer. Y ajouter deux gouttes d empois d amidon. Verser à la burette graduée une solution de diiode de concentration molaire C 2 = 1, mol.l -1 jusqu au repérage de l équivalence. Relever le volume équivalent V E. Précision des mesures et résultats expérimentaux : Pour cette détermination du taux de SO 2, l incertitude, déterminée par l expérience basée sur des mesures antérieures, a une valeur de l ordre de 3 mg.l -1. Document 3 : Couleurs des solutions des différentes espèces chimiques utilisées. Espèces chimiques Diiode en solution I 2(aq) : Ions iodure I - (aq) : Dioxyde de soufre en solution SO 2(aq) : Teintes et couleurs en solution aqueuse couleur jaune pâle quand la solution est diluée, en présence d empois d amidon : couleur bleue foncée. Remarque l empois d amidon est une solution non colorée, il donne une couleur bleue-violette UNIQUEMENT en présence de diiode. incolores incolore Ions sulfate SO 4 2-(aq) : incolores vin blanc sec vin rouge couleur verte très pale, il est pratiquement translucide couleur bordeaux foncée Document 4 : Résultats expérimentaux, données. Valeurs des volumes équivalents obtenus : 8,3 ml ; 8,4 ml ; 8,3 ml (trois dosages «identiques» ont été effectués). Masses molaires en g.mol -1 : S = 32 ; O = 16 Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 20/23

21 Grilles d évaluation Indications de correction (note : seules les grilles des exercices 1 et 2 sont fournies à titre d exemples) Critères d évaluation : - Repéré avec les lettres : C- I : Identification et/ou restitution de connaissances et d informations utiles - Repéré avec la lettre : O : Utilisation et/ou production d outils Repéré avec la lettre : - Repéré avec la lettre : M : Établissement et/ou utilisation de modèles - Repéré avec la lettre : R : Mise en œuvre d un raisonnement pour expliquer un fait scientifique ou répondre à une problématique - Repéré avec l expression : Com : Communication Exercice 1 Questions Critères d évaluation 1.1 C- I et O 1.2 O 1.3 O Indicateurs d évaluation (Exemples de) Réponse(s) attendue(s) Points Utiliser correctement une des voies possibles pour calculer m L ( ρ L V ou utilisation de la proportionnalité) Mobilisation de la bonne expression littérale. Mobilisation dans les documents des bonnes valeurs numériques (masse, c, températures), calcul correctement effectué, unités) Mobilisation dans les documents de l expression appropriée, des bonnes valeurs numériques (températures en K), calcul correctement effectué, unités 2.1 O, R et Com Idem. Raisonnement cohérent, expression satisfaisante 2.2 O, R et Com Idem. Raisonnement cohérent, expression satisfaisante 2.3 C- I et Com Connaissance de moyen d obtention d eau chaude, écologiques ou non. qualité de l expression. m L = ρ L V = 1, = 515 kg 1 Q F = m L c (t L t F ) = (25 4) = 4, J = 45,2 MJ C Q C = Q F T ( ) = T ( ) F 45,2 = 54,3 MJ Q = m c ( θ 2 - θ 1 ) = (60 12) = 70,2 MJ. Sur 70,2 MJ, seuls 54,3 MJ peuvent être «récupérés». Il va donc «manquer» : 15,9 MJ, ce dispositif est donc insuffisant pour chauffer la totalité de l eau nécessaire. Q 54, = 33 E = C 3 = 18,1 MJ. Donc, en «investissant» 18,1 MJ d énergie électrique, on récupère 54,3 18,1 = 36,2 MJ d énergie thermique (venant du lait). C est donc bien une installation économique, en fonctionnement. Pour compléter et produire les 15,9 MJ d énergie thermique manquants, on doit compléter l installation avec un système de chauffage : solaire, électrique, chaudière au bois ou encore chaudière alimentée par du méthane issu d une unité de méthanisation placée sur l installation. 2 1,5 1,5 1

22 Questions Critères d évaluation Indicateurs d évaluation (Exemples de) Réponse(s) attendue(s) Points 3.1 C- I 3.2 O et Com 3.3 C- I 3.4 M Connaissance du pictogramme de danger et des protestions adaptées pour sa manipulation Précision du rapport. Connaissance du montage de dosage et de la verrerie appropriée. Un compte rendu fait à partie de schémas est accepté. À ce titre, les schémas corrects exécutés à la main sont tout à fait acceptés Connaissance, justification avec la nature des ions présents en solution. Ecriture avec des H + acceptée. Passage par les quantités de matière pour effectuer le bilan et établir la relation C A.V Aeq = C B.V B Blouse, lunettes, gants car le produit est corrosif comme l indique son pictogramme de danger Il s agit d une réaction acido-basique car la solution de lavage dosée contient des ions HO et la solution d acide chlorhydrique : des ions H H HO 2H 2 0 Quantité de matière en ions hydroxyde prélevés pour le dosage : n B = C B.V B A l équivalence : quantité de matière d acide versé : n Aeq = C A.V Aeq Bilan molaire à l équivalence témoigné par l équation chimique : n B = n Aeq d où Mesure de la densité par détermination de la masse m 328 volumique : ρ = = = 1,31 g/l et donc d = 1,31. V 0,250 On peut donc dire que la densité (et donc la concentration en ions HO ) annoncée dans la documentation technique est conforme. 2,5 2 Détermination correcte de la valeur de d (unités) Détermination correcte du volume équivalent (cf annexe A). 4 O, R et Com Détermination correcte de C B Recherche et mobilisation des informations utiles et exploitation des résultats obtenus pour répondre à la problématique. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 22/23 La détermination du volume équivalent V Aeq par la méthode des tangentes donne : = 11,6 ml. L application numérique de la relation vue au 3.4 donne : C B = 1, mol/l. L exploitation du document 4 permet de déterminer par interpolation la concentration molaire C de la solution commerciale : C = 9,5 mol/l. Celle-ci doit être diluée à 0,3% pour une utilisation à chaud, c'est-à-dire à une concentration C = 9,5 0,3% = 2, mol/l. Donc, la solution de lavage n est pas assez concentrée, le problème vient manifestement de la pompe doseuse. 2,5

23 Exercice 2 Questions Critères d évaluation 1.1 C- I, M et O 1.2 O 2.1 C- I, M et Com Indicateurs d évaluation (Exemple de) Réponse(s) attendue(s) Points Tracé d un vecteur vitesse tangent à la trajectoire, sens. Mobilisation du savoir faire donné dans le document «outils». Tracé correct Connaissance des lois de Newton (ici la 2 e ). Utilisation de cette loi pour caractériser F r Le vecteur de la trajectoire v r est colinéaire au rayons et dirigé vers le centre L accélération du mouvement est (par construction) dirigée vers le centre de la Terre, centre également du cercle trajectoire. En utilisant la deuxième loi de Newton, on peut dire que F r est colinéaire à l accélération a r du mouvement C- I Connaissance. Cette force est l attraction gravitationnelle de la Terre On détermine à partir de la construction : v r = 1650 m.s C- I, M et O 2.4 O Détermination de la norme de v r Calcul de a. Unités correctes pour l accélération. Utilisation correcte de la relation F = P = m a, expression correcte de l unité. a = v r = t 1650 = 2, m.s F = 400 2, = 92 N 2 Notes 1. Un indicateur d évaluation permet d apprécier l acceptabilité de la réponse fournie. 2. La notation n est pas basée sur l accumulation de réponses ou d expressions «attendues». L atteinte des critères est évaluée de manière GLOBALE, et non pas parcellaire. Elle ne doit pas subdivisée au 0,25 ème de point. 3. Remarques sur l évaluation d un ou des critère(s) : - Un critère peut-être évalué positivement ou négativement sans qu il ne corresponde strictement à une référence de question ou à une «réponse attendue», par exemple : une remarque pertinente (ou pas), non sollicitée par le questionnement, doit être prise en compte. - Une réponse fausse mais qui atteste que le candidat a compris la question qui lui est posée ou la problématique qui lui est soumise montre que ce dernier possède des connaissances ou a su mobiliser des connaissances pour apporter cette réponse. Cela doit être pris en compte positivement. Document d'accompagnement - Inspection de l'enseignement Agricole 23/23

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