BAC BLANC TS - PHYSIQUE CHIMIE - 06/05/15 - CORRECTION

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1 BA BLAN TS - PHYSIQUE HIMIE - 06/05/15 - RRETIN EXERIE 1 : ASPIRINE ET PRÉVENTIN ARDIVASULAIRE 1.1. btention de l aspirine : Quantité de matière d anhydride éthanoïque introduite : n a introduit un volume V = 14,0 ml d anhydride éthanoïque. m µ = soit m =.V V m.v n = donc n = (avec µ convertie en g.l -1 et V en L) M M 3 3 1, ,010 n = = 0,149 mol d anhydride éthanoïque 102 Quantité de matière d acide salicylique introduite : n a introduit une masse m = 10,0 g d acide salicylique. m' n' = M' 10,0 n' = = 7, mol d acide salicylique 138 Réactif limitant : 2 méthodes au choix Méthode 1 : à privilégier quand les coefficients stœchiométriques sont égaux à 1. n < n et comme une mole d anhydride éthanoïque réagit avec une mole d acide salicylique, le réactif limitant est alors l acide salicylique. L anhydride éthanoïque est introduit en excès. Méthode 2 : n peut aussi utiliser un tableau d avancement. équation chimique acide salicylique + anhydride aspirine + éthanoïque État du Avancement système (mol) Quantités de matière (mol) État initial x = 0 n n 0 En cours de transformation x n x n x x État final x = x max n x max n x max x max Si l acide salicylique est limitant, alors n x max = 0 mol, donc n = x max. Si l anhydride éthanoïque est limitant alors n x max = 0 mol donc n = x max. Le réactif limitant est celui qui conduit à la valeur de l avancement maximal la plus faible ; n < n donc il s agit de l acide salicylique et l anhydride éthanoïque est en excès D après l équation de la réaction, une mole d acide salicylique fournit une mole d aspirine, or on dispose de n mole d acide salicylique, il se formera n mole d aspirine. m(aspirine) = n.m(aspirine) m(aspirine) = 7, = 13,0 g (calcul avec valeur non arrondie de n ) Autre méthode : d après le tableau d avancement n(aspirine) = x max = n

2 1.2 Suivi par chromatographie : Sur une plaque pour M on va déposer différents prélèvements afin de s assurer de la formation de l aspirine. n trace sur la plaque, orientée en portrait, un trait à 1 cm du bord inférieur afin d y effectuer les dépôts. n dépose deux témoins à l aide d un capillaire : l acide salicylique pur et l aspirine du commerce. n effectue ensuite les cinq dépôts correspondants aux prélèvements effectués dans le mélange réactionnel. n dépose la plaque pour M dans la cuve à chromatographie avec l éluant. n attend que le front du solvant monte suffisamment. n révèle ensuite sous UV ou dans le permanganate de potassium Si le système réactionnel est dans son état final, tout l acide salicylique doit être consommé. Sur le chromatogramme, il n y aura plus de tâche correspondant à celle de l acide salicylique, par contre on aura formé de l aspirine. n doit obtenir une tache à la même hauteur que celle obtenue avec l aspirine du commerce. 2. Analyse spectrale des espèces chimiques intervenant dans la synthèse de l aspirine 2.1. Spectre RMN de la molécule d aspirine Groupe ester Groupe carboxyle H H arbone «a» Le carbone voisin du carbone «a» ne arbone «b» possède pas d atomes d hydrogène, donc les atomes d hydrogène liés au carbone «a» correspondent à un singulet. H 3 arbone «a» arbone «b» H Le carbone «b» a deux carbone voisins, l un porteur d un atome d hydrogène, l autre n en portant pas donc l hydrogène du carbone «b» correspond à un doublet Spectre IR de la molécule d acide éthanoïque H 3 H Il s agit d un ester. H H 3 Acide éthanoïque méthanoate de méthyle

3 Bande à cm -1 aractéristique de la liaison H de l acide carboxylique Bande à cm -1 aractéristique de la liaison = de l acide carboxylique Bande à cm -1 aractéristique de la liaison =0 de l ester Le spectre IR1 correspond à celui de l acide éthanoïque et le spectre IR2 à celui du méthanoate de méthyle. 3. Dosage d un sachet d aspirine 3.1. HA (aq) + H - (aq) A (aq) + H 2 (l) 3.2. À l équivalence d un titrage, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques donc : n(ha) présente = n(h ) versée n(ha) présente = c B.V E dans dans V A = 100,0 ml de solution Soit n(ha) la quantité d aspirine présente dans le sachet donc dans 500 ml de solution, on a : n(ha) = 5. n(ha) présente m exp = n(ha).m aspirine m exp = 5. c B.V E.M aspirine m exp = 5 1, , m exp = 9, g = 96,3 mg Δm exp ΔV E Δc B = + m exp VE cb 2 2 Δmexp ΔV E Δc B = + mexp VE cb 2-2 Δmexp 0,1 0,02 10 = + -2 m exp 10,7 1,00 10 Δmexp Δm exp =.m exp m exp 2 = % Δm exp = , d où Δm exp = g = 2 mg Encadrement : m exp Δm exp < m exp < m exp + Δm exp 94 mg < m exp < 98 mg

4 3.4. L encadrement obtenu ne comprend pas la valeur de 100 mg mentionnée sur le sachet d aspirine. L écart observé peut être dû : (1 explication parmi celles-ci-dessous) - l élève aurait dû rincer le sachet avec de l eau distillée afin d être certain de récupérer toute l aspirine solide ; - à la non dissolution totale de l aspirine dans la solution ; - à une mauvaise lecture du volume de 500,0 ml sur la fiole jaugée ; - à une mauvaise détermination du volume équivalent V E (changement de coloration difficile à repérer, mauvaise lecture sur la burette) ; - erreur dans le prélèvement du volume V A à doser. 4. Autre forme de l aspirine, moins agressive pour l estomac 4.1. Établissons le diagramme de prédominance de l aspirine : HA prédomine A - prédomine 0 pka = 3,5 14 ph Dans l estomac, à ph = 2, l aspirine HA prédomine Formule semi-développée de l ion acétylsalicylate : H H H H H La catalgine est soluble dans l eau car elle ne contient pas d acide acétylsalicylique (aspirine) mais des ions acétylsalicylate A (aq) + H 3 + (aq) HA (s) + H 2 (l) avec A (aq) : ion acétylsalicylate 9 H 7-4 et HA (s) : aspirine 9 H 8 4 EXERIE 2 : Bien sûr qu elle tourne! 1. Vérification de la valeur de l'angle : R 3,00 sin m on a alors α m = 2,56 2,6 l 67,00 2. Le terme "oscillation" n'est pas correctement employé, car Foucault écrit : e pendule... donne une oscillation de huit secondes ; il lui faut seize secondes pour aller et venir. Par définition, une oscillation est un aller et retour. 'est donc l'oscillation qui s'effectue en seize secondes alcul de la période d'un pendule simple de longueur de fil l = 67,00 m : l 67,00 T 2 soit T 2 16,4 s g 9, n constate que l'incertitude relative entre la période du pendule de Foucault valant16 s et cette valeur est égal à 2,5 %. n peut assimiler le pendule de Foucault à un pendule simple. 4. Le système possède de l'énergie sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle de pesanteur. 5. L'énergie mécanique a pour expression : E m = E c + E pp Ici E c (0) = 0 J car le pendule est lâché sans vitesse. rigine : Position d'équilibre (ou de repos) pour z = 0 m

5 n a alors E m = mgz avec z : altitude du pendule quand il est lâché. or z = l - avec = l cos m donc E m = m.g (l - l cos m ) soit E m = m.g.l (1 - cos m ) E m = 28,0 x 9,81 x 67,00 x (1 - cos 2,6 ) E m = 19 J z l 6.1. n prend pour hypothèse qu'il y a conservation de l'énergie mécanique. Ainsi, à la position d'équilibre (z = 0), la vitesse atteint sa valeur maximale v max Par conservation de l'énergie mécanique, on a : E m = E c + E pp Alors à la position d équilibre : E pp = 0 J. 1 d où E m = E c =.m. v 2 2 max n a alors : v max = 2E m 219 max soit v 1,2 m.s -1 m 28, À t = 0, au moment où on lâche le pendule, sa vitesse est nulle de même que son énergie cinétique alors que son énergie potentielle de pesanteur est maximale. De t = 0 à t = t équilibre, son énergie potentielle de pesanteur diminue et est transformée en énergie cinétique qui croît comme sa vitesse. À t équilibre, son énergie potentielle de pesanteur est nulle et son énergie cinétique est maximale. Le pendule atteinte alors sa vitesse maximale. Le pendule va ensuite remonter et perdre de la vitesse jusqu à atteindre une vitesse nulle car son énergie cinétique est transformée en énergie potentielle de pesanteur et ainsi de suite La période est indépendante de la masse de la boule. Si on change la masse, la période ne change pas et est toujours égale à 16 secondes L'énergie potentielle de pesanteur initiale dépend de la masse. Si la masse augmente, son énergie potentielle de pesanteur initiale augmentera La propriété du pendule, évoquée dans le texte, permettant de mettre en évidence la rotation de la Terre est : «... dont le plan est nettement déterminé et auquel l'inertie de la masse assure une position invariable dans l'espace.» Le plan d'oscillation restant constant, c'est le Panthéon qui tourne! 8.2. L'observation permettant d'affirmer "Bien sûr qu'elle tourne" est «la petite brèche qui s'agrandit à chaque passage du pendule, dans le petit tas de sable circulaire.» Les observateurs semblent voir tourner le pendule dans le sens des aiguilles d'une montre "vers la droite". EXERIE 3 : D et autres supports de l information. 1. Le ompact-disc 1.1. La surface utile est égale à la surface occupée par la piste métallique, soit la surface totale du disque moins la surface «centrale» : S = π.r 2 2 π.r 1 2 = π.(r 2 2 R 1 2 ) 1.2. L L 2 2 S.( R2 R1), d après le document 1, le pas a de la spirale vaut 1,6 µm. a a 2 2.((6,0 10 )² (2,5 10 )²) d où L 5, m 5,8 km 6 1,6 10

6 1.3. La vitesse linéaire de défilement des informations gravées sur la piste est constante et égale à V = 1,2 m.s -1. V = L t donc Δt = L V 3 5,8 10 Δt = d où Δt = 1,2 3 4,8 10 s 80 min durée théorique totale de lecture du D L onde qui se réfléchit au fond d un creux parcourt une distance supplémentaire δ = 2h c par rapport à l onde qui se réfléchit sur un plat. δ = 2 0, d où δ = 0, = 2, m Dans le polycarbonate la lumière se propage à la célérité v = 1, m.s -1 (cf. doc. 2). Le retard est tel que v = 2 hc donc : = 2 hc = v v 7 2,4 10 = = 1, s 8 1, Période de l onde émise par le laser : λ = v.t donc T = v De plus = 2 hc v = 2v car 2 h c = 2 donc = 2 T Les interférences sont destructives si le retard entre les deux ondes est : = (2k+1). 2 T Si on considère k = 0 alors = 2 T, ce qui correspond à la situation rencontrée ici. L onde réfléchie par un creux et l onde réfléchie par un plat interfèrent de façon destructive. nde réfléchie par un plat nde réfléchie par le creux nde reçue par le capteur Le signal reçu par le capteur est minimal. Les ondes sont en opposition de phase apacité totale théorique d information que l on peut enregistrer sur un D : D après le doc.4, la taille d un bit sur le D correspond à la distance parcourue par le faisceau lumineux en Δt = 231,4 ns. alculons la longueur notée L b d un bit : V = Lb t soit L b = V.Δt avec V : vitesse linéraire du D L b = 1,2 231, L b = 2, m

7 Sachant que la longueur de la piste est L = 5, km (voir question1.2.), calculons le nombre de bits N bits sur le D : 3 L 5,8.10 Nbits soit Nbits = 2, bits 7 Lb 2,8.10 Par ailleurs, on apprend qu il faut 17 bits pour enregistrer un octet. n en déduit le nombre d octets N octets stockés sur la piste de longueur L : N octets 10 Nbits 2,1.10 octets soit N d où N octets = 1, octets = 1,2 Go = 1, Mo Le Blu-ray Pour le blu-ray, la longueur d onde dans le polycarbonate vaut λ = 261 nm. r 2h c = 2 donc hc = 4 h c = = 65,3 nm profondeur d un creux sur un disque Blu-ray 2.2. La longueur d onde du lecteur de D n est pas adaptée à la profondeur des creux du Blu-ray. Dès lors les interférences ne pourraient pas produire. Par ailleurs, le faisceau du laser serait trop large pour lire une seule piste du Blu-ray à la fois Pour le Blu-ray, la longueur de la piste est L Blu = 27 km tandis que l on a déterminé au 1.2. une longueur de piste pour le D de L = 5,8 km. La capacité de stockage est proportionnelle à la longueur de la piste. N octets D L = 5,8 km N octets Blu-ray L Blu = 27 km LBlu d où N octets Blu-ray = NoctetsD L 3 27 N octets Blu-ray = 1,2 10 = 5, Mo 5,8 ette valeur est bien inférieure à la capacité annoncée de 25 Go dans le tableau. n en conclut que le codage de l information sur le Blu-ray n est pas basé sur le standard EFM.