Correction bac blanc Janvier 2017

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1 Correction bac blanc Janvier 207 Exercice I : l hélianthine, indicateur coloré (5 points) Partie : Première étape de la synthèse de l hélianthine. (0,25) La solution d acide sulfanilique a été préparée par dissolution (solide dans de l eau). 2.. (0,25) D après les pictogrammes de sa fiche de sécurité, la solution de nitrite de sodium est : dangereuse : il faut porter des gants de protection (lunettes et blouses obligatoires), un comburant : il faut éviter de l approcher d un combustible, néfaste pour l environnement : il ne faut pas la jeter à l évier (0,5) Pour mesurer un volume de 20 ml (donc peu précis), il faut utiliser une éprouvette graduée de 25 ml. La pipette jaugée et la fiole jaugée de 20,0 ml sont certes utilisables, mais elles sont d une grande précision inutile ici (0,5) La préparation de l acide nitreux HNO 2 se fait par réaction d une solution aqueuse de nitrite de sodium (Na + (aq) + NO 2 (aq) ) avec l acide chlorhydrique (H 3 O + (aq) + Cl (aq)) selon l équation de réaction : NO 2 (aq) + H 3 O + (aq) HNO 2(aq) + H 2 O (l) Il s agit d une réaction acidobasique car il y a eu transfert d un proton H + de l acide H 3 O + vers la base NO 2 Inutile d écrire les ions spectateurs Na + et Cl (0,5) NO 2 (aq) + H 3 O + HNO 2(aq) + H 2 O (l) Pour déterminer la quantité de matière de produit HNO 2, il faut connaître les quantités de matière initiales des réactifs. Notons NS le nitrite de sodium et C l acide chlorhydrique : 2 i NS i n( NO ) = C. V ( NS) n( H O ) = C. V ( C) 3 + i C i n( ) =2,0 0 0 ( ) =2, n( ) = 0,020 mol ( ) = 0,040 mol Les nombres stœchiométriques de l équation de réaction étant égaux à et comme n( ) < ( ), les ions NO 2 constituent le réactif limitant. ère méthode: n(hno 2) f La transformation étant totale, on peut écrire : = insi, n(hno ) = n( ) = 0,020 mol soit 2,0 x 0 2 mol 2 f 2 i n(no ) 2ème méthode: On peut aussi traiter cette question à l aide d un tableau d avancement. équation chimique NO 2 (aq) + H 3 O + HNO 2(aq) + H 2 O (l) État du système vancement (mol) État initial x = 0 En cours de transformation C NS. V(NS) i = 0,020 Quantités de matière (mol) C C. V(C) i = 0, x 0,020 x 0,040 x x x État final x max = 0,020 0,020 x max = 0 0,040 x max = 20 x max = 0,020 x max = 0,020 NO 2 étant le réactif limitant, x max = 0,020 mol D après le tableau d avancement, n(hno ) = x max = 0, 020 mol soit 2,0 x 0 2 mol 2.5. ( ) = ( ) n( ) = 0,040 mol 0,020 mol ( ) = 0,020 mol 2 f

2 3. (0,75) L équation de la réaction de diazotation est : HO 3 SC 6 H 4 NH 2 + HNO 2 + H 3 O + HO 3 SC 6 H 4 N H 2 O (réaction ) La quantité de matière initiale d ions oxonium est égale à la quantité de matière de H 3 O + restante à l issue de la réaction précédente de synthèse du HNO 2. Soit ( ) = 0,020 mol La quantité de matière initiale d acide nitreux HNO 2 est égale à celle formée lors de la réaction n HNO = 20 mmol. précédente. Soit ( ) 2 i Déterminons la quantité de matière initiale d acide sulfanilique : notons S l acide sulfanidique, m(s) i n(s) i = M(S),0 3 n(s) i = = 5,8 0 mol = 5,8 mmol 73, Les nombres stœchiométriques de l équation de réaction étant égaux à et comme n(hno 2 ) i = ( ) > n(s) i l acide sulfanilique S est donc le réactif limitant. La transformation étant totale, il se forme autant d ions aryldiazonium, qu il y a initialement d acide + n(ho3sc6h4 N 2 ) n(s) f i sulfanilique : = = 5,8 mmol Partie B : Les couleurs de l hélianthine. Couleur d une solution.. Si le ph est égal à 5, il est supérieur au pk du couple HIn / In : c est donc la forme basique In qui prédomine. HIn In ph () pka = 3,7 La couleur d une solution est la couleur complémentaire de la couleur principalement absorbée. Le spectre UVvisible montre que l espèce In absorbe plus fortement vers 460 nm dans le domaine du bleuviolet et sera donc de la couleur complémentaire diamétralement opposée sur l «étoile» des couleurs fournies, soit de couleur jauneorangé..2. (0,5) La zone de virage est en première approximation, délimitée par les valeurs de ph où [HIn] =0 [In ] et [In ] = 0 [HIn] [ base] En utilisant la relation ph = pk + log acide appliquée au couple HIn / In : ph = pk + log ( ). [ ] ph = 5 Pour [HIn] =0 [In ] alors ph = pk + log = pk 0 Pour [In 0 ] = 0 [HIn] alors ph = pk + log = pk + insi, la zone de virage pour l hélianthine serait comprise entre ph = 2,7 et ph = 4,7. 2. Titrage colorimétrique (0,75) Un indicateur coloré est adapté à un titrage acidobasique si la valeur du ph à l équivalence (ph E ) est comprise dans la zone de virage de l indicateur. D après la courbe fournie, ph E 9 ce qui est très éloigné de la zone de virage : l hélianthine ne conviendrait pas. Rq : la courbe de titrage n étant pas en NNEXE à rendre, il est inutile de faire la méthode des tangentes parallèles pour déterminer précisément les coordonnées du point d équivalence du titrage car nous n avons besoin de connaître que ph E et non pas V E.

3 Exercice II : Partie a : expérience des fentes d Young.. (0,25) Les 2 phénomènes sont: Phénomène de diffraction de la lumière par les fentes de petite dimension Phénomène d interférences entre les 2 lumières diffractées..2. (0,5 : 0,25 pour θ et 0,25 pour b et D) (0 points) b θ.3. (0,5) La tache centrale et les deux taches secondaires situées de chaque côté constituent la figure de diffraction. Les franges d interférences équidistantes, alternativement sombres et brillantes sont caractéristiques du phénomène d interférences. 2.. (0,25) L écart angulaire est caractéristique du phénomène de diffraction (0,5 : 0,25 pour l'expression 0,25 pour le calcul) θ = d où a = λ Θ!," $%& a = a = 4,0 x $,! $% ' 04 m D écran 3. (0,5 : 0,25 pour le nom 0,25 pour le calcul) i s appelle interfrange. Entre franges il y a 0 interfranges donc i = d (0,5) λ est la longueur d onde en m D et b sont également en m i doit être en m i = 9,5 0 i = 0,95 cm Relation a : convient pas. Relation b : doit avoir comme unité +, doit avoir comme unité +, relation ne convient pas. Relation c : + doit avoir comme unité, Cette relation est donc homogène et convient (0,5) i = +, donc b = + ; cela donne m or i doit être en m donc cette relation ne ; cela donne aucune unité ; or i doit être en m donc cette ; cela donne m comme unité ce qui correspond à l unité de m. b =!," $%&,% %,./ $% 0 b =,3 x 0 4 m soit 0,3 mm 3.4. (0,5) u niveau d une frange brillante il se produit des interférences constructives entre les deux ondes lumineuses car les deux ondes sont en phase en ce point. τ = k x T avec k entier 3.5. (0,5) u niveau d une frange sombre il y a interférence destructive car les deux ondes sont en opposition de phase. δ = (2k + ) λ avec k un entier 4.. (0,5) Si on écarte les deux fentes, la figure de diffraction ne sera pas modifiée mais les franges seront plus rapprochées (l interfrange sera plus petite) car b est au dénominateur et θ ne dépend pas de b (0,5) Si a diminue, seule la figure de diffraction sera modifiée : la tache centrale sera plus grande car a est au dénominateur dans la relation θ = mais i ne dépend pas de a (0,5) Les deux phénomènes seront modifiés car i et θ dépendent de λ : le laser vert ayant une longueur d onde plus petite que le rouge, la tache centrale sera plus petite et les franges seront plus rapprochées.

4 Partie B : excès de vitesse 5.. (0,25) L effet Doppler est la variation de fréquence d une onde mesurée entre l émission et la réception lorsque la distance entre l émetteur et le récepteur varie au cours du temps (0,25) On peut citer comme exemple le changement de la hauteur d un son perçu lorsqu une sirène s approche ou s éloigne d un observateur. 6.. (0,25) d = u x Te 6.2. (0,75 : 0,5 pour le schéma + 0,25 pour l'expression) λ E = distance parcourue par l onde pendant une période T E Pour le récepteur, l onde aura parcourue la distance λ R = λ E d = λ E u x Te (relation ) la date t Emission du er front Emetteur mobile 0 d λ r Récepteur fixe x la date t + T E Emission du 2 ème front d onde Position du er front d onde λ E Emetteur mobile Récepteur fixe 6.3. (0,75 : 0,25 pour relation entre λ et f + 0,5 pour expression de u) λ = c f or λ r = λ E u x Te d où c f r = c f E u f E C estàdire u = c c u = f f E f E f E x c x ; soit u = c x 6 =7 ; r 7 8 : (0,25) Si le véhicule s approche du radar, λ E > λ r donc f E < f r donc f> (0,25) On étudie l'évolution de la fréquence émise par le radar car la fréquence de l'onde reçue après réflexion sur la voiture est différente de celle émise (0,75 : 0,25 pour fr 0,25 pour valeur en m/s puis 0,25 pour conversion puis comparaison) u v = c. Δf / (2fr x cos 25,0) avec fr = Δf + fe /!.% u v = 3,00 x 0 8 x = 39,0 m/s soit 39,0 x (>,$/ $% & /!.%)?@(/) 03 x 3600 = 4 km/h > 30 km/h Le véhicule est en excès de vitesse (0,5) C est le même principe que le radar. Les cellules de fluides ont le rôle du véhicule. Les ondes sont de nature différente. Pour le radar, il s agit d une onde électromagnétique et pour l échographie, il s agit d ultrason donc d onde mécanique. La célérité des ondes sera donc différente.

5 Exercice III :... (0,5) Réponse c. L acide propionique appartient à la famille des acides carboxyliques. On observe, dans le spectre IR, la bande très large correspondant à la liaison OH des acides carboxyliques (entre 2500 et 3200 cm ) ainsi que la bande fine correspondant à la liaison C=O des acides carboxyliques (entre 700 et 730 cm ). C=O OH acide carboxylique..2. (0,5) Réponse b : L acide propionique contient 3 atomes ou groupes d atomes d hydrogène équivalents car son spectre de RMN comporte 3 signaux...3. (0,5) En utilisant la règle du (n+)uplet sur la multiplicité d un signal, un atome ou groupe d atomes d hydrogène équivalents : a. n a pas d hydrogène voisin. VRI : il s agit du singulet à 2 ppm b. a un hydrogène voisin. FUX : il n y a pas de doublet dans le spectre (non demandé). c. a deux hydrogènes voisins. VRI : il s agit du triplet proche de, ppm d. a trois hydrogènes voisins. VRI : il s agit du quadruplet autour de 2,4 ppm..4. (0,5) Réponse b : Une molécule d acide propionique contient 6 atomes d hydrogène. En effet, si on mesure la hauteur des sauts d intégration, on constate que h 3h et h 2h et que la hauteur totale d intégration vaut environ : h + h + h 6h. 6h Le nombre total d atomes d hydrogène est donc un multiple de 6 : seule la réponse b est possible. Intensité du signal (%) h 3 h 2 h Déplacement chimique (ppm) Source :

6 .2. (0,5) L acide propionique est un acide carboxylique donc seules les molécules D et F sont possibles. De plus, la molécule possède 6 atomes d hydrogène : c est le cas de D mais pas de F. Rq : On peut vérifier que la structure de la molécule est conforme avec les signaux : Triplet (3H) CH 3 CH 2 C OH Singulet (H) Quadruplet (2H) O.3. (0,25) Le nom de l acide propionique dans la nomenclature officielle est acide propanoïque (acide propionique signifie qu il s agit du premier acide gras).4. (0,25) M( C H O ) = 3 M( C) + 6 M( H) + 2 M( O) M( C H O ) = 3 2, 0 + 6, , 0 = 74, 0 gmol La valeur donnée est donc bien compatible avec la question Utilisation de l acide propionique 2.. (,25) À l équivalence, le réactif titré H et le réactif titrant HO ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de l équation de titrage : ils sont totalement consommés. On peut donc écrire : () =( ) Bé Soit C x V = C B x V E (B correspond au soluté Na + + OH ) d où C = C B x V E V (concentration molaire de la solution diluée 00 fois) Or la concentration massique t et la concentration molaire sont liées par la relation : Cm=J K x M(H) et le prélèvement a été dilué 00 fois donc JN=00 O P : Q 9 0,0 x 0,8 Q R S() Cm=00 x x 74,0 0 Cm = 799 g.l = 8,0 0 2 g.l en ne conservant que deux chiffres significatifs. Rq : Le volume à l équivalence a été déterminé en utilisant la méthode des tangentes parallèles ; la courbe n est pas à rendre en nnexe (0,75) Déterminons la masse de foin récolté : La superficie du champ est = 5, m 2 = 5, 00 ha vec un rendement de production du foin de 7 tonnes par hectare, cela fait 5, 00 7 = 35 t de foin à traiter (ne pas arrondir car c est un résultat intermédiaire). Déterminons la masse d acide propionique nécessaire : vec un taux d humidité de 23%, le tableau de données montre qu il faut 5 kg de conservateur par tonne, l agricultrice a besoin de 35 5 = 75 kg d acide. L agricultrice disposetelle d assez de solution? ère 2 méthode : Elle dispose de 50 L de solution de solution à 8, 0 0 gl. : m(h)=cm x V 2 5 m( H) = 8, =, 20 0 g =,2 0 2 kg < 75 kg 2 ème méthode : W= (K) O $X/ : $%' V = V = 29 L = 2,2 x ",%: $% 0 02 L > 50 L L agricultrice n a donc pas assez de solution pour traiter tout le foin produit par cette parcelle.