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1 BACCALAUREAT BLANC 2011 SERIE STSS EPREUVE de SCIENCES PHYSIQUES Durée : 2h Coefficient 3 La clarté des raisonnements et la qualité de la rédaction interviendront pour une part importante dans l appréciation des copies. L usage de la calculatrice est autorisé. Le sujet comporte 6 pages dont 2 pages annexes à rendre avec la copie. -A- CHIMIE (12 POINTS) EXERCICE 1: L'ACIDE LACTIQUE (6 points): Une bouteille de lait présente dans un réfrigérateur a été ouverte il y a quelques jours. Afin de savoir si le lait est toujours frais, un chimiste décide de doser l'acide lactique présent. En effet, un lait est considéré comme frais lorsque la masse d'acide lactique est inferieure à 1,8 g d'acide lactique par litre de lait. 1). L'acide lactique possède deux des groupes caractéristiques des fonctions organiques suivantes : aldéhyde; alcool; cétone; ester; amine; acide carboxylique. Sa formule semi-développée est présentée ci-dessous. CH 3 -CH-COOH OH 1.1)-Recopier la formule semi-développée de l'acide lactique, entourer puis nommer les deux groupes caractéristiques présents. 1.2)-Déterminer la formule brute de l'acide lactique et montrer que sa masse molaire moléculaire est égale à 90 g.mol -1. Données: M(H)= 1 g.mol -1 M(C)= 12 g.mol -1 M(O)= 16 g.mol -1 2). Pour savoir si le lait est frais, le chimiste prélève un volume V A = 20,0 ml de lait qu'il dose par une solution d'hydroxyde de sodium ou soude (Na + + HO - ) de concentration C B =5, mol.l -1. Les valeurs du ph en fonction du volume V B de soude versé sont données dans le tableau de la feuille annexe, à rendre avec la copie. l'équation de la réaction acido-basique qui a lieu au cours du dosage est la suivante: CH 3 -CH-COOH + HO - OH CH 3 -CH-COO - + H 2 O OH 2.1)-Tracer la courbe de l'évolution du ph en fonction du volume V B versé, sur la feuille annexe. 2.2)-Vérifier, en faisant apparaître la construction géométrique du point d'équivalence E, que le volume de soude versé à l'équivalence V BE est égal à 12,0 ml. 2.2)-Définir l'équivalence acido-basique lors d'un dosage. 2.3)-Déterminer n B, la quantité d'ions HO - versée à l'équivalence, en fonction de C B et V BE.

2 2.4)-En déduire que la quantité de matière d'acide lactique, n A, présente dans les 20 ml de lait dosé est égale à n A = mol. 2.5)-Calculer la masse d'acide lactique correspondante, m A. 2.6)-Le lait est-il encore frais? Justifier. EXERCICE 2: TRIGLYCERIDES (6 points): Les triglycérides constituent la majeure partie des lipides alimentaires et aussi des lipides de l organisme stockés dans le tissu adipeux. On les trouve également dans le sérum sanguin où ils circulent (couplés à des protéines spécifiques). 1).Qu est-ce qu un triglycéride? 2).La stéarine est un triglycéride qui est obtenu en chauffant à reflux, le glycérol et l acide stéarique. 2.1)-Annoter sur la feuille annexe le schéma d'un montage à reflux. 2.2)-Pourquoi faut-il chauffer lors de cette réaction? Quel est l'intérêt d'un montage à reflux? 2.3)-Compléter, après l avoir recopiée, l équation de la réaction permettant l obtention de la stéarine. CH 2 OH CH OH CH 2 OH Glycérol CH 2 O C O C 17 H Acide stéarique CH O C O C 17 H CH 2 O C C 17 H 35 O Stéarine 2.4)-Dans la formule semi-développée de la stéarine, que vous recopierez, entourer et nommer tous les groupes fonctionnels. 2.5)-D après la formule donnée précédemment, l acide stéarique est-il un acide gras saturé ou insaturé? Justifier. 2.6)-Après avoir recopié la formule du glycérol, entourer le ou les groupes fonctionnels qui caractérise(nt) cette molécule en précisant leur(s) nom(s). 3).Synthèse en laboratoire: En laboratoire, on souhaite fabriquer une masse de stéarine égale à m S =445 g. On donne la masse molaire de la stéarine: M S =890 g.mol )-Calculer la quantité de matière de stéarine, n S, correspondant à une masse de 445 g de stéarine. 3.2)-D'après l'équation bilan de la réaction de synthèse de la stéarine, il faut 3 mol d'acide stéarique pour fabriquer 1 mol de stéarine. Quelle quantité de matière d'acide stéarique, n AS, devra-t-on utiliser si on suppose que la réaction est totale? 3.3)-Comme toute estérification, cette réaction n'est pas totale. Le rendement de celle-ci vaut η=0, )-Retrouver alors que la quantité de matière de stéarine que l'on pourrait obtenir avec un tel rendement serait n S =0,335 mol.? 3.3.2)-Calculer la masse de stéarine correspondante.

3 4).Détermination d'une triglycéridémie: Les triglycérides peuvent être dosés dans le sérum sanguin. Après avoir effectué une hydrolyse des triglycérides (réaction inverse de celle étudiée en 2.2), on dose la quantité de glycérol libéré. La triglycéridémie est normale lorsque le taux est compris entre 0,6 et 1,5 gramme de glycérol par litre de sérum. Un dosage a permis de montrer chez un patient la présence de 8,7x10-5 mol de glycérol pour un prélèvement de 10 ml de sérum. 3.1)-Quelle quantité de matière n 1 se trouverait dans 1 L de sérum? 3.2)-Déterminer alors la masse m 1 de glycérol correspondant à n 1. Données : M glycérol = 92 g.mol )-La triglycéridémie de ce patient est-elle normale? Justifier. -B-PHYSIQUE (8 POINTS) LA SCANOGRAPHIE (8 points): «Les rayons X sont utilisés en radiographie et en scanographie. Contrairement à la radiographie, la scanographie consiste à mesurer la quantité de rayonnement absorbé par les tissus, en calculant la différence d intensité des rayons avant et après la traversée des tissus ( ) À partir de ces informations, un ordinateur fournit une image spatiale de l organe étudié. Afin d améliorer la qualité de cette image, on utilise systématiquement des produits de contraste iodés. Le scanner est devenu un dispositif médical indispensable, complémentaire et substitutif pour certains examens de la radiologie classique. En ce qui concerne le système nerveux, la scanographie est concurrencée par l I.R.M ( ) Les doses de rayons X utilisées en scanographie sont plus faibles que celles utilisées lors d examens radiologiques classiques. La scanographie est donc moins dangereuse que la radiologie mais son pouvoir de résolution * est nettement inférieur. La scanographie provoque une certaine irradiation de l organisme, et il faut l éviter chez la femme enceinte.» Pouvoir de résolution * : ce qui permet de distinguer les détails 1).À propos des rayons X: 1.1)-Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de même nature que la lumière. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse? 1.2)- Citer une source de rayons X. 1.3)-On a représenté sur l axe ci-dessous les limites des différents types d ondes électromagnétiques. Donner le nom des domaines auxquels appartiennent les ondes des zones 1 et 2 de l'axe ci-dessous. Rayons γ zone 1 zone 2 visible I.R. ondes radio-électriques 0,001 nm 10 nm 400 nm 750 nm 1 mm Longueur d onde

4 2).À propos du texte: Quel autre dispositif médical n utilisant pas les rayons X est cité dans le texte? 3).Fréquence et longueur d onde d un photon X: 3.1)-La relation liant la fréquence ν (en hertz, Hz) d un photon à sa longueur d onde λ (en mètre, m) c est donnée par la relation : ν =. λ Que représente la lettre «c» dans cette expression? Quelle est son unité dans le système international S.I.? 3.2)-Rappeler la relation liant l énergie E d un photon et sa fréquence ν. 3.3)-Quelle est l unité S.I de l énergie E? Donnée : La constante de Planck sera notée h. 3.4)-En vous aidant des questions 3.1 et 3.2, recopier en supprimant les mots inutiles la phrase suivante : «L énergie d un photon est plus (grande ou petite) lorsque sa fréquence est plus (grande ou petite) ou sa longueur d onde plus (grande ou petite)» 4).A propos de l'irm: Une nouvelle technique d imagerie médicale s est développée à la fin du vingtième siècle : l I.R.M. Sous l action d un champ magnétique intense, des noyaux d hydrogène (abondants dans l organisme) réagissent à une onde excitatrice : il y a résonance. Chacun de ces noyaux émet alors un signal ; l ensemble est collecté et traité par un ordinateur qui fournit une image. Sur la table d'une salle de travaux pratiques, on réalise un circuit électrique comprenant : un générateur de courant continu, un solénoïde, un ampèremètre et une lampe à incandescence. A l aide d un teslamètre et de sa sonde, on mesure l intensité du champ magnétique à l intérieur du solénoïde. Le teslamètre affiche la valeur : 2,80 sans préciser l unité. 4.1)-Quelle est l unité (nom et symbole) du champ magnétique dans le Système International 4.2)-Connaissant l ordre de grandeur des valeurs usuelles des champs magnétiques, choisissez la valeur plausible du champ magnétique ainsi mesuré, exprimée dans l unité du Système International. : 2,80 x 10 6 ou 2,80 x 10 3 ou 2,80 ou 2,80 x 10-3 On a représenté sur la feuille annexe le solénoïde étudié ici. On a placé à l'intérieur de celui-ci une petite aiguille aimantée. 4.3)-Représenter le vecteur champ magnétique en ce point sans souci d'échelle. 4.4)-Tracer à l'intérieur du solénoïde trois lignes de champ. 4.5)-Pourquoi dit-on que le champ magnétique créé à l'intérieur d'un solénoïde est uniforme? 4.6)-Pour l'irm, il faut que le champ magnétique créé soit très intense. Il faut avoir recours à des matériaux particuliers qui résistent à de très hautes températures. Quels sont ces matériaux?

5 NOM: Prénom: FEUILLE ANNEXE (à rendre avec la copie) Tracer de la courbe ph en fonction de V B : V B (ml) , , ph 2,8 3,2 3,6 3,8 4,2 4,6 5,0 6,4 8,0 10, ,4 11,6 ph V B en ml

6 Schéma d'un montage à reflux: Solénoïde: S N

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