PARAMÉDICAL CONCOURS 2014/2015 Concours Masseurkinésithérapeute Annales corrigées Plannings de révision Autoévaluation Méthode 17 sujets d annales Corrigés détaillés Épreuves d admission Biologie (1 re et terminale S) Physique (1 re et terminale S) Chimie (1 re et terminale S) le Social.fr
PARAMÉDICAL Concours Masseur kinésithérapeute Annales corrigées Lydie Clolus Professeur agrégée de physique-chimie Rafael De Guevara Docteur ès sciences université Paris VII Denis Diderot enseignant en classes préparatoires paramédicales
Sommaire Avant-propos 5 PARTIE 1 Biologie Méthodologie et conseils...................................... 8 Planning de révision.......................................... 11 Auto-évaluation............................................... 12 Sujets d annales corrigés...................................... 24 1. AFREP, podologie........................................... 24 2. CEERRF, podologie......................................... 32 3. IFMK EFOM, kinésithérapie et podologie partie 1.......... 48 4. EPM Marseille, podologie................................... 64 5. IFMK Berck-sur-Mer, kinésithérapie........................ 68 6. INP Paris, podologie........................................ 78 7. IFMK Saint-Michel, kinésithérapie.......................... 90 8. IFMK EFOM, podologie partie 2........................... 100 PARTIE 2 Physique Méthodologie et conseils................................... 106 Planning de révision........................................ 109 Auto-évaluation.............................................. 110 Sujets d annales corrigés..................................... 141 1. Assas....................................................... 141 2. IFMK CEERRF............................................ 146 3. IFMK EFOM............................................... 152 4. IFMK Berck-sur-Mer........................................ 162 5. IFMK Saint-Michel........................................ 171 3
PARTIE 3 Chimie Planning de révision........................................ 180 Auto-évaluation............................................. 183 Sujets d annales corrigés.................................... 231 1. IFMK Berck-sur-Mer....................................... 231 2. IFMK Saint-Michel........................................ 236 3. IFMK EFOM............................................... 242 4. IFMK CEERRF............................................ 249 4
Avant-propos Cet ouvrage se propose de préparer le candidat aux épreuves des concours d entrée dans les écoles de kinésithérapies et de podologie. Les corrigés de cet ouvrage d annales ne sont pas les grilles de correction confiées aux correcteurs et dont on doit conserver le caractère de confidentialité. Ils sont donc le fait des auteurs. Il faut avant tout garder à l esprit qu il s agit d un concours : c est une idée première dont il faudra s imprégner jusqu au succès final. La sélection y est sévère, et le fait de parvenir à se hisser à une honnête moyenne au cours de votre formation ne suffit pas. Il est impératif de se fixer l excellence pour objectif. Si les indications et les conseils qui composent cet ouvrage peuvent être de précieux atouts, il n en reste pas moins vrai que la clé du succès passe avant tout par un travail intense et soutenu de la part du candidat. Nous voulons attirer l attention sur le fait que la majorité des instituts de formation conserve les sujets. Cette pratique relativement récente pose bien des questions de transparence. Elle laisse, de plus, les candidats dans une situation angoissante puisqu ils ne peuvent s entraîner aux modalités particulières que pourrait avoir un concours, chaque école organisant son épreuve sous la forme qui lui convient. Il devient donc difficile de proposer des annales qui ont pour but d aider les candidats dans leur réussite, notamment pour ceux non inscrits dans une école préparatoire intégrée. Nous avons donc choisi de vous proposer des sujets dits «d entraînement» afin de satisfaire une attente légitime d un contenu suffisant pour un livre dit «d annales». 5
Autoévaluation Voici un test de 210 questions regroupées par chapitre ; répondez-y par «vrai» ou «faux». Il est constitué de questions simples, générales. Vous pouvez l utiliser de différentes manières selon votre type de travail avant de réviser chaque partie de votre cours par exemple. Il se fait alors sans s astreindre à un temps donné. Il est prétexte à réciter la partie du cours concernée par la question ; une autre possibilité est de le traiter dans sa globalité, une fois votre apprentissage terminé. Le temps nécessaire est alors de 60 à 80 minutes. Vous tester ainsi votre rapidité de traitement de vos connaissances. Cette dernière modalité a ma préférence, c est pourquoi je l applique à mes étudiants. Dans tous les cas, vous faites ainsi la part entre ce qui est assimilé et ce qui ne l est pas encore vraiment. Il ne vous reste plus qu à parfaire votre apprentissage avant de vous attaquer aux annales. 1. Les constituants de la matière vivante 1 L ADN est un élément de la chromatine. V F 2 L ADN disparaît dans une cellule pendant toute la mitose. V F 3 L ARN est coloré en rose par la méthode de Feulgen. V F 4 L acide phosphorique est présent dans les nucléotides. V F 5 Une séquence ribonucléique est définie par les bases ATGC. V F 6 Les oses sont des sucres réducteurs. V F 7 Les phospholipides sont des lipides structuraux. V F 8 Le compartiment hydrique intracellulaire représente environ 40 % de la masse corporelle chez l adulte. V F 12
Auto-évaluation 2. Cellule et virus 9 Les systèmes endomembranaires définissent l ensemble des cellules du monde vivant. V F 10 Les mitochondries représentent le lieu privilégié de la synthèse d ATP. V F 11 Les procaryotes se multiplient par division binaire. V F 12 L appareil de Golgi correspond à un ensemble de cavités interconnectées entre elles. V F 13 La membrane plasmique peut être considérée comme une surface d échange et de reconnaissance. V F 14 Les antibiotiques permettent d éviter les mutations chez les bactéries. V F 15 La turgescence conduit au choc osmotique chez toutes les cellules. V F BIOLOGIE 16 Les protéines pompes membranaires effectuent le transport actif. V F 17 La membrane plasmique répond au modèle de mosaïque fluide. V F 18 Les virus sont capables de se reproduire dans le milieu extracellulaire. V F 19 L ADN est le matériel génétique des adénovirus. V F 20 Un provirus est un virus intégré au génome cellulaire. V F 21 La famille des rétrovirus comprend le VIH. V F 22 La taille du VIH est de l ordre de 200 nm. V F 23 Les bactéries résistantes mutent plus souvent. V F 24 La capside du VIH contient uniquement comme enzymes deux rétrotranscriptases. V F 3. Cycle cellulaire 25 La réplication de l ADN est observable au microscope optique au niveau des fourches de réplication. V F 26 L anaphase est l étape la plus longue de la mitose. V F 27 Le cycle cellulaire est classiquement défini par quatre étapes. V F 28 La mitose assure la distribution des chromosomes monochromatidiens entre les cellules filles de façon équitable. V F 29 Le renouvellement cellulaire s effectue par des mitoses. V F 30 Toutes les cellules de l organisme sont concernées par la mitose. V F 13
Sujets corrigés Sujet n 1 AFREP 2013, podologie Difficulté Durée 2 heures Partie 1 1 Définissez et commentez en quelques courtes phrases les expressions et mots suivants : a. Conséquences d une ovariectomie bilatérale b. Métaphase II c. Ganglion spinal d. Choppers e. Plasmocyte f. Anatoxine tétanique g. Western blot h. Crossing-over i. Protéine TDF j. Corne antérieure 2 Vous présenterez en 10 lignes maximum l intérêt de l expérience présentée dans l encadré ci-dessous. 24
Sujet 1 Partie 2 : le déterminisme de la ménopause Document 1 Dans l ovaire d une femme non ménopausée, on peut observer au microscope la structure ( 40) présentée dans le document ci-dessous. Des dosages urinaires de l hormone lutéinisante (LH) antéhypophysaire sont réalisés chez des femmes non ménopausées et sont présentés dans les documents 2 ci-dessous. BIOLOGIE Document 2a : Dosage urinaire de LH chez la femme avant la ménopause 25
Sujets d annales Document 2b : Dosage urinaire de LH chez une femme ménopausée Document 3 : Expériences réalisées chez des femelles pubères de mammifères et résultats CONDITIONS EXPÉRIMENTALES Animal intact Ablation des 2 ovaires Ovariectomie puis greffe d ovaires Ovariectomie puis injection d extraits hypophysaires RÉSULTATS Activité cyclique de l appareil génital Atrophie de l endomètre, arrêt des cycles utérins Développement cyclique de l endomètre Pas de variation cyclique Questions de la partie 2 1 Après avoir identifié la structure présentée dans le document 1, vous la reproduirez sur votre copie (prévoir un schéma de 10 cm 10 cm) et annoterez et titrerez votre schéma. 2 Vous analyserez les résultats des dosages présentés dans le document 2. 3 Quels sont les renseignements supplémentaires apportés par les expériences du document 3? 4 En vous référant aux différents documents et à leur exploitation, complétés de vos connaissances, vous réaliserez une synthèse sur le contrôle hormonal de la ménopause. Votre exposé sera agrémenté d un schéma fonctionnel. Partie 3 : la synthèse des protéines Document 1A Des cellules sont cultivées en présence d uracile radioactif. Un autoradiogramme est obtenu après une exposition de 15 minutes à l uracile radioactif. 26
Sujet 1 Document 1B Un autoradiogramme est également obtenu après une exposition de 15 minutes à l uracile radioactif, suivie d une culture pendant 88 minutes en présence d uracile radioactif. Document 1 ( 4 500) BIOLOGIE Document 2 Le document ci-dessous est une photographie prise au microscope électronique du noyau d une cellule eucaryote présentant un fort taux de synthèse protéique. 27
Sujets d annales Document 3 On a isolé le début d un gène permettant la synthèse d une protéine humaine. Le sens de lecture est de gauche à droite. Brin 1 : ATGGTGCACCTGACTCCTGAGGAGAAG Brin 2 : TACCACGTGGACTGAGGACTCCTCTTC Questions de la partie 3 1 Pourquoi utilise-t-on l uracile radioactif? 2 Définissez le terme «pulse-chase» du document 1B. 3 Citez les différences essentielles entre une molécule d ADN et une molécule d ARN. 4 Expliquez les résultats obtenus du document 1. 5 D après vos connaissances, quels sont les différents types d ARN synthétisés? 6 Proposez un schéma du mécanisme observé dans les documents 1A et 1B. 7 Indiquez la structure des éléments fléchés 1 et 2 dans le document 2. Vous commenterez les événements qui se déroulent dans la zone 3 du document 2. 8 Vous proposerez un schéma explicatif légendé du phénomène observé dans la zone 3 de la photographie (15 cm 15 cm). 9 Écrivez la séquence d ARN messager produite à partir de la séquence du gène proposée dans le document 3. Justifiez votre réponse. 10 Indiquez quel sera le polypeptide obtenu en expliquant votre démarche. 28
Sujet 1 Corrigé Partie 1 1 a. L ovariectomie bilatérale consiste en l ablation des deux ovaires. Il en résulte une situation physiologique qui correspond à la ménopause. La ménopause est l arrêt naturel des fonctions exocrine et endocrine ovariennes. Il y a stérilité, absence de sécrétion d œstrogènes et de progestérone, disparition du cycle utérin et donc des menstruations. Les taux hypophysaires de FSH et de LH deviennent élevés par absence de rétrocontrôle négatif. b. Elle correspond à l alignement à l équateur d un lot haploïde de chromosomes observé lors de la deuxième division méiotique. Dans le cadre de la gamétogenèse, c est le stade ovocyte 2 qui correspond à cette phase. Elle prépare l anaphase II, qui doit séparer les chromatides. c. C est une structure nerveuse localisée au niveau de la racine dorsale d un nerf rachidien. Il résulte de la réunion des corps cellulaires des neurones pseudo-unipolaires sensitifs. À son niveau, ce sont donc les messages nerveux afférents qui le traversent. d. C est un outil rudimentaire en pierre présentant un bord tranchant obtenu par quelques coups de galet. On le nomme aussi «galet aménagé». Il est représentatif de l industrie oldowayenne. Les plus anciens sont datés d environ 2,4 millions d années. Homo habilis les fabriquait. e. C est une cellule immunitaire différenciée sécrétrice d anticorps dans le cadre de la réponse spécifique à médiation humorale. Le plasmocyte résulte de la transformation d un LB activé par contact antigénique, suite à la stimulation par des interleukines sécrétées par le LT auxiliaire. Il présente un appareil protéosynthétique développé permettant la synthèse et l exocytose des anticorps spécifiques appelés «gammaglobulines». f. L anatoxine est une substance, à l origine fabriquée par une bactérie, dénaturée par un traitement lui ôtant ainsi ses propriétés toxiques mais gardant ses propriétés immunisantes. Cette propriété immunogène mais non pathogène permet de l utiliser comme vaccin antitétanique afin d éviter le tétanos. Une fois injectée, elle provoque la synthèse d anticorps antitétaniques. g. Technique qui permet de rechercher dans le sérum sanguin des protéines antigéniques et tout particulièrement des protéines issues d un virus. Elle est caractérisée par un transfert des protéines sur une membrane artificielle, séparées auparavant par électrophorèse. Par la suite, le dépistage est comparable à un test ELISA. h. Échange de segment de chromatides entre deux chromosomes homologues. Dans le cadre de la gamétogenèse, il correspond au brassage intrachromosomique créant une combinaison allélique originale portée par le gamète, source de diversité des individus. On l observe en prophase I au sein du bivalent. Il participe aussi à la création de famille multigénique. On parle alors de «crossingover inégal». i. C est un facteur de différenciation testiculaire qui oriente vers la 7 e semaine les cellules germinales primordiales en spermatogonies. En son absence, elles deviennent des ovogonies vers la 8 e semaine. La protéine TDF permet aussi la formation des cordons séminifères et la différenciation des cellules de Leydig. Il résulte de l expression du gène Sry porté par la région holandrique du Y. j. C est la région ventrale de la substance grise centrale médullaire. On y trouve les corps cellulaires des motoneurones périphériques contactant les muscles squelettiques. Dans la boucle myotatique, elle représente le centre intégrateur à l échelle de l organe. 2 L expérience consiste en l injection d un antigène atténué qui n est plus mortel puisque le lapin survit. Le complexe immun obtenu montre la présence d anticorps dans le sérum de l animal. On en déduit la mise en place d une réponse immunitaire à médiation humorale. Les anticorps produits neutralisent l antigène. Cette expérience indique la possibilité d utiliser l anatoxine comme méthode préventive de protection, ici, contre le tétanos. Elle décrit le principe de la vaccination. BIOLOGIE 29
Sujets d annales Partie 2 : le déterminisme de la ménopause 1 Il s agit d un follicule mûr de De Graaf. Titre : schéma d une coupe de follicule mûr montrant son organisation histologique. 2 Les dosages sont effectués sur une même durée correspondant à celle d un cycle. Chez la femme fertile, le taux est faible avec un pic au milieu du cycle dont la valeur dépasse celle observée chez la femme ménopausée. Chez cette dernière, le taux est élevé et constant. Par comparaison, on peut conclure à une régulation du taux de LH lorsque les gonades sont fonctionnelles. Cette régulation est négative mais aussi positive vers le 15 e jour. 3 L expérience 2 indique que les ovaires stimulent le fonctionnement utérin. L expérience 1 sert de référence. Grâce à la greffe de l expérience 3, qui est suivie d un développement cyclique de l endomètre, on conclut que la stimulation se fait par voie hormonale. L expérience 4 montre que, malgré les injections d extraits hypophysaires, les cycles utérins sont stoppés en absence d ovaires. Ce sont bien les ovaires qui stimulent directement l utérus. 4 Le fonctionnement cyclique est déterminé par la mise en place de boucles de contrôle en retour exercées par les hormones gonadiques sur le complexe hypothalamo-hypophysaire. Ce dernier détecte en permanence la variation de leur taux et y répond généralement par une diminution de ses sécrétions (document 2a : taux faible de LH). On parle de rétrocontrôle négatif. L initiation de la décharge ovulante est due, en revanche, à un rétrocontrôle positif (document 2a : pic de LH) de la part des œstrogènes à forte dose en fin de phase folliculaire. C est donc la durée du développement folliculaire et la durée de vie du corps jaune qui, par le biais de leurs hormones respectives, autoconditionnent la durée du cycle ovarien, utérin et hypothalamo-hypophysaire. Dans le cycle utérin, le développement endométrial est soumis à l action des œstrogènes puis des œstrogènes et de la progestérone (document 3). En absence d hormones, une atrophie s installe (document 3, expérience 2) et la disparition des rétrocontrôles aboutit à un taux élevé de gonadostimulines (document 2b). L origine de cette situation générale est l atrésie folliculaire, qui démarre dès la gestation. Lorsque les derniers follicules ovariens disparaissent, c est la ménopause. Partie 3 : la synthèse des protéines 1 L uracile est une base azotée spécifique de l ARN. L uracile radioactif utilisé comme précurseur permet l étude des processus biologiques impliquant cette molécule. 30
Sujet 1 2 Le pulse-chase est un protocole expérimental qui permet de suivre le devenir des molécules marquées au bout d intervalles de temps variables. Il consiste à faire un marquage court dans le temps, ici 15 minutes, puis de fournir un précurseur non radioactif. 3 Les nucléotides constituant l ARN, molécule monocaténaire sont formés par : le ribose (C 5 H 10 O 5 ) ; une des bases azotées : adénine, guanine, uracile remplaçant la thymine de l ADN et la cytosine ; l acide phosphorique H 3 PO 4. Les nucléotides constituant l ADN, molécule bicaténaire, sont formés par : le désoxyribose (C 5 H 10 O 4 ) ; une des bases azotées : adénine, guanine, thymine, cytosine ; l acide phosphorique H 3 PO 4. 4 La photo 1A, prise à 15 minutes, montre un marquage concentré de forme ronde. Pour le même temps d incubation, la photo 1B, prise plus tardivement, montre ce marquage dans le reste de la cellule. On en conclut que le précurseur radioactif est incorporé au niveau du noyau, qui est donc le lieu de la synthèse de l ARN. Cette molécule sort du noyau, indiquant que le cytoplasme est le lieu de son utilisation. 5 Les différents types sont : l ARN de transfert, l ARN ribosomal, l ARN messager et l ARN prémessager dans le cas de gènes morcelés. 6 7 Flèche 1 : molécule d ADN constitutive du chromosome, c est une double hélice alpha. Les deux brins, dits «antiparallèles», sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène entre les bases azotées complémentaires adénine/thymine et guanine/cytosine. Flèche 2 : molécule d ARN, molécule monocaténaire. La zone 3 est une unité transcriptionnelle. Elle correspond à un gène subissant un grand nombre de transcription car la cellule présente un fort taux de synthèse protéique. La double hélice s ouvre et plusieurs ARN polymérases parcourent le brin porteur de l information génétique. Au vu de la différence de taille entre les ARN en cours de synthèse, on conclue que le début du gène est à gauche, la fin, à droite de l encadré. 8 Schéma de la transcription 9 Le sens de lecture est de gauche à droite. On dispose des deux brins d ADN et du début du gène. On cherche donc la séquence TAC caractéristique du codon AUG initiateur. Le brin 2 est donc transcrit par complémentarité des bases A/U et G/C. BIOLOGIE ARNm : AUG GUG CAC CUG ACU CCU GAG GAG AAG Brin 2 : TAC CAC GTG GAC TGA GGA CTC CTC TTC 10 Chaque codon de trois lettres correspond à un acide aminé selon le code génétique. La séquence de l ARNm donne donc la séquence des acides aminés du polypeptide réunis par des liaisons peptidiques. La méthionine utilisée pour l initiation de la traduction sera par la suite éliminée. Polypeptide : mét val his leu thr pro glu glu lys 31
Auto-évaluation 9 On considère la réaction de fusion nucléaire suivante : 2 H + 2 H 3 H + 1 H. L énergie de liaison 1 1 1 1 par nucléon est de 1,11 MeV pour le deutérium et de 2,83 MeV pour le tritium. L énergie libérée au cours de cette réaction est 4,05 MeV. 10 Le défaut de masse d un noyau est toujours positif. 11 On donne 14 Si ; 15 P ; 16 S ; 31 Ga ; 32 Ge ; 33 As. Le phosphore 32 est un isotope du germanium de symbole Ge. 12 Les noyaux 206 Hg et 206 Pb ont le même numéro atomique. 13 Le thorium 230 Th subit une série de désintégration α et 90 β conduisant à la formation de 206 Pb 82 stable. L équation globale de cette série de désintégrations radioactive s écrit : 230 Th 206 Pb + xα + 90 82 yβ. Les valeurs de x et y sont x = 8 ; y = 2. 14 Lors de la fission d un noyau d uranium 235 U après bombardement par un neutron, on observe 92 que les produits de la réaction sont : 3 neutrons, 1 noyau de 94 Kr et 1 noyau de 135 Xe. 36 54 15 L équation 2 H + 3 H 4 He + 1 n traduit une désintégration de type alpha. 1 1 2 0 16 Lors d une radioactivité β +, il y a émission d un positon de symbole 0 e. +1 17 La fission nucléaire est une réaction nucléaire spontanée. 18 Dans une désintégration β, le numéro atomique du noyau fils augmente d une unité. PHYSIQUE 19 Le brome 77 est un isotope radioactif utilisé en imagerie médicale. Le noyau fils est le sélénium 77. Le brome 77 est un émetteur β. 20 Dans un réacteur nucléaire se produit la réaction suivante : 235 U + 1 n 135 X + 97 Y + 92 0 Z 39 x1 n. 0 Cette réaction produit 3 neutrons. 111
2. Vision, image et couleur 1 On considère une tomate rouge éclairée en lumière verte. La couleur perçue de la tomate est verte. 2 Le daltonisme correspond à un dysfonctionnement des cônes. 3 Une lentille à bords épais est divergente. 4 Une lentille mince convergente de distance focale f = 10,0 cm donne d un objet AB une image A B. A est un point de l axe optique tel que la mesure algébrique de A soit égale à 20,0 cm. La vergence de la lentille est C = 10,0 dioptries. 5 Une voiture bleue est éclairée en lumière jaune. La couleur perçue de la voiture est noire. 6 Le laser peut être considéré comme une source de lumière à infra-incandescence. 7 La température de surface de la Lune quand le Soleil est à son zénith vaut 110 C. Les radiations alors émises par la surface de la Lune possèdent des longueurs d onde de l ordre de 7 600 μm. 8 L unité dans le système international de la constante de la loi de Wien est m.k. 9 Une lentille est d autant plus convergente que sa vergence est grande. 10 L image d un objet se trouvant dans le plan focal objet se trouve dans le plan focal image. 11 À la suite de plusieurs expériences et recherches, des astronomes ont pu déterminer la longueur d onde λ max de plusieurs astres : ASTRE Astre n 1 Astre n 2 Astre n 3 Astre n 4 LONGUEUR D ONDE λ max (nm) 210 nm 511 nm 10 000 nm 300 nm Donnée : constante de Wien : k = 2,898.10 3 S.I ASTRE TEMPÉRATURE (EN C) L astre 3 est Rigel. Terre 15 C Rigel 13 527 C Capella 5 400 C Véga 9 380 C 112
Sujet n 2 Difficulté Durée 1 heure CEERRF, 2013 Choisir la (ou les) bonne(s) réponse(s). Chaque question est sur 2 points. Dans le cas où plusieurs réponses sont possibles, vous obtenez 2 points si votre réponse est complète et sans erreur, 1 point s il y a omission, 0 point dans tous les autres cas. Exercice n 1 (10 points) On considère une moto M et une voiture V sur une route plane rectiligne : à t = 0, V est à la distance D (D positive) devant M et ralentit avec une décélération constante de norme a, sa vitesse initiale est notée v. À la même date initiale, M démarre avec une accélération constante de valeur a. Questions 1 On note T la date à laquelle M dépasse V. On peut affirmer que : a. 2D = (a + a )T 2 2vT. b. T = (v + 2aD) 1/2 (a + a ). c. T = (v 2aD) 1/2 (a + a ). d. T = (v 2 + a D) (2a). e. T = (v + (v 2 + 2D(a + a )) 1/2 ) (a + a ). f. aucune proposition ne convient. 2 On note T la date à laquelle les vitesses de M et V sont égales. On peut dire que : a. T = a v. b. T = v a. c. T =(ad) 1/2 a. d. T = v (a + a ). e. T = v (2a). f. aucune proposition ne convient. 3 À la date T, la distance parcourue par M est : a. d = v 2 (2a 2 ). b. d = v 2 (a 2 + a 2 ). c. d = v 2 (2(a 2 + a 2 )). d. d = v 2 (2a 2 ) + D. e. d = D v 2 (2a 2 ). f. aucune proposition ne convient. 4 On donne a = 1,0 m.s 2 ; a = 0,50 m.s 2 ; v = 1,0.10 3 cm/s ; D = 100 m. On peut dire que : a. T = 10 s. v = 10 m/s. b. T = 20 s. c. T = 30 s. d. T = 4,0 s. e. T 5,0 s. f. aucune proposition ne convient. 5 On note v la vitesse atteinte par M à la date T. On peut dire que : a. v = 3,3 m/s. b. v = 6,5 s. c. v = 9,5 s. d. d 9 m. e. d 11 m. f. aucune proposition ne convient. 146
Sujet 2 Exercice n 2 (10 points) Soit le dispositif qui précède constitué d un ressort de constante de raideur k, relié à un bloc de masse m par un fil (par l intermédiaire d une poulie en I qui ne jouera aucun rôle par la suite). Le dispositif est initialement au repos, le ressort est détendu. On néglige les frottements. On ne s intéresse qu à la première descente du bloc (on n étudie pas les oscillations et montées suivantes). Données : m = 1.10 2 g ; g = 10 m.s 2 ; α = 30 ; k = 20 N.m 1. 6 La distance d maximale parcourue par le bloc après avoir lâché le système s écrit : a. d = mg cos α k. b. d = mg sin α k. c. d = 3mg cos α k. d. d = 3mg sin α k. e. d = 2mg sin α k. f. aucune proposition ne convient. 7 La distance d maximale parcourue par le bloc après avoir lâché le système vaut : a. d = 5 cm. b. d = 4 cm. c. d = 3 cm. d. d = 2 cm. e. d = 1 cm. f. aucune proposition ne convient. PHYSIQUE 8 Le graphe qui représente l énergie cinétique du bloc en fonction de la distance parcourue est : a. une droite. b. une droite qui passe par l origine. c. un cercle. d. une parabole. e. une sinusoïde. f. aucune proposition ne convient. 9 Quand le bloc a parcouru 2 cm sur le plan incliné, son énergie cinétique vaut : a. 7 mj. b. 6 mj. c. 5 mj. d. 4 mj. e. 3 mj. f. aucune proposition ne convient. 10 Quand le bloc a parcouru 2 cm sur le plan incliné, son énergie cinétique dans le système international peut s écrire : a. 0,01 mg sin α 0,2k. b. 0,05 mg sin α 0,2k. c. 0,1 mg sin α 0,2k. d. 0,1 mg sin α 0,2k. e. 0,1 mg sin α 0,1k. f. aucune proposition ne convient. 147
Sujets d'annales Exercice n 3 (10 points) 11 On considère un objet noté AB, perpendiculaire à l axe optique d une lentille convergente L, un écran E également perpendiculaire à l axe optique de la lentille. On constate que pour une certaine distance objet écran notée D telle que D = AA', on obtient deux positions de la lentille permettant d obtenir une image nette sur l écran (image notée A B ). Le centre optique de la lentille est noté O et sa distance focale image f. On pose x = AO. a. La lentille (L) utilisée est une lentille à bords épais. b. La lentille utilisée pourrait être une lentille biconvexe. c. Dans la situation qui nous intéresse, l image peut être qualifiée de virtuelle. d. On peut écrire OA' = x D. e. On peut écrire OA' = D x. f. Aucune proposition ne convient. 12 En appliquant la formule de conjugaison de Descartes, on trouve une équation du second degré entre x, D et f qui est : a. x 2 + Dx f D = 0. b. x 2 + Dx + f D = 0. c. x 2 Dx f D = 0. d. x 2 + Dx + f D = 0. e. x 2 D 2 x = f D. f. Aucune proposition ne convient. 13 Les deux positions de la lentille permettant d obtenir une image sur l écran sont notées x 1 et x 2. On pose d = x 1 x 2, d est une distance. a. Pour obtenir les deux positions précédentes, on doit vérifier la relation : D 2 + 4f D > 0. b. Pour obtenir les deux positions précédentes, on doit vérifier la relation : D 2 4f D = 0. c. On peut écrire que f = (D 2 d 2 ) (4D). d. On peut écrire que f = (D 2 + d 2 ) (4D). e. On peut écrire que f = (d 2 D 2 ) (4D). f. Aucune proposition ne convient. 14 Pour D = 2,0 m, on trouve d = 1,4 m. Aide aux calculs : on prendra 1,4 1,4 = 2,0 a. La lentille étudiée a pour vergence C = 8,0 δ. b. La lentille étudiée a pour vergence C = 10 δ. c. La lentille étudiée a pour distance focale f = 10 cm. d. La lentille étudiée a pour distance focale f = 12,5 cm. e. La lentille étudiée a pour distance focale f = 25 cm. f. Aucune proposition ne convient. 15 On place maintenant un objet réel à 10 cm de la lentille dont on vient de déterminer la distance focale. a. L image obtenue est virtuelle. b. L image obtenue est réelle. c. L image obtenue est rejetée à l infini. d. L image obtenue est droite. e. L image obtenue est rétrécie. f. Aucune proposition ne convient. 148
Sujet 2 Exercice n 4 (10 points) Dans cet exercice, on considère l œil modélisé. Le cristallin de l œil est assimilable à une lentille convergente L. Un objet sera vu nettement par l œil seulement si son image se forme sur la rétine (on assimilera celle-ci à un écran). La distance lentille-écran est constante et égale à 15,4 mm. Par contraction du muscle ciliaire, la courbure du cristallin peut se modifier et la vergence de la lentille varier. Aides aux calculs : 1/7,70 = 0,130 ; 1/7,80 = 0,128 ; 1/7,90 = 0,127 ; 1/6 = 0,167. 16 On s intéresse à la source lumineuse éclairant un objet. Le flux énergétique d une source lumineuse noté Φ correspond à la quantité d énergie lumineuse émise par unité de temps. En fonction des unités de base, Φ s exprime en : a. m.kg.s 3. b. m 2.kg.s 1. c. W. d. m 2.kg.s 2. e. m 2.kg.s. f. Aucune proposition ne convient. 17 On suppose que l œil étudié ne présente pas de défaut de vision (on dit qu il est «emmétrope»). Sa vergence au repos C 0 (en dioptries) est donc : a. 62. b. 63. c. 64. d. 65. e. 66. f. Aucune proposition ne convient. 18 On suppose que l œil emmétrope accommode au maximum. Sa vergence est alors C 1 = 70 δ. La distance minimale de vision distincte pour cet œil est de : a. 15 cm. b. 20 cm. c. 25 cm. d. 30 cm. e. 100 cm. f. aucune proposition ne convient. 19 Lorsqu un œil présente un défaut de vision, on utilise un verre correcteur assimilable aussi à une lentille. Lorsqu on associe deux lentilles minces (L 1 ; O 1 ) et (L 2 ; O 2 ) on applique parfois pour déterminer la vergence C du système une relation qui peut être : Donnée : e = O 1 O 2. 2 2 a. C = C 1 + C 2 ec 1 C 2. b. C = C 1 + C 2 e 2 C 1 C 2. c. C = C 1 + C 2 ec 12 C 22. d. C = C 1 + C 2 ec 1. e. C = C 1 + C 2 ec 2. f. C = C 1 + C 2 ec 1 C 2. PHYSIQUE 20 L œil présente en fait un défaut de vision. Il est hypermétrope. Pour voir un objet à l infini, il faut accoler une lentille de 5,0 δ. Sans cette lentille dite «correctrice», où se formerait l image d un objet situé à l infini? a. 2,5 mm en avant de la rétine. b. 2,5 mm après la rétine. c. 1,5 mm en avant de la rétine. d. 2,0 mm après la rétine. e. 1,3 mm après la rétine. f. Aucune proposition ne convient. 149
Sujets d'annales Corrigé Exercice n 1 1 a, e. 1. Pour la moto : x m = 1 2 a't2 2. Pour la voiture : x v = 1 2 a't2 + vt + D 3. À la date t = T : x m = x v donc 1 2 a't2 = 1 2 at2 + vt + D a't 2 = at 2 + 2vT + 2D 2D = (a + a)t2 2vT 4. Équation du second degré : (a + a)t2 2vT 2D = 0 5. Discriminant : Δ = b2 4ac = 4v2 + 8(a + a)d = 4(v2 + 2(a + a)d) Solutions : T = b ± Δ 2a donc T = v + v2 + 2(a' + a)d (a' + a) 2 e. v m = dx m dt = a't v v = dx v dt = at + v Pour t = T : v m = v v donc a T = at + v v d où T' = (a' + a) 3 Pour la moto : x m = 1 2 a't2 Pour t = T : d = 1 2 a't'2 = 1 2 a' v 2 (a' + a) = a'v 2 2 2(a' + a) 2 4 b. T = v + v2 + 2(a + a')d (a' + a) = 10 + 400 3 2 T' = v (a' + a) = 10 3 2 10 + 100 + 300 = 1,5 = 30 2 donc T = 20 s. (a' + a) = 10 2 3 donc T 6,7 s. 5 a, e. Pour la moto : x m = 1 2 a't2 et v m = a t Pour t = T : v = a T = 1 2 20 3 = 10 3 d = 1 2 a't'2 = 1 2 1 2 ( 20 3 ) 2 = 400 donc d 11 m Exercice n 2 4 9 = 100 9 6 Le système est conservatif : E m = constante donc E pp max = E pe max d où mgh = 1 2 kx2 avec x = d et h = d sin α mgd sin α = 1 2 kd 2 d où d = 2mg sin α k 7 a. 2 0,1 10 sin(30) d = = 2 0,50 = 0,50 20 20 10 donc d = 5,0.10 2 m = 5,0 cm. 8 d. Le système est conservatif : E m = constante donc ΔE m = 0 = ΔE C + ΔE pp + ΔE pe À t = 0 : E c = 0 J donc ΔE c = E c d où ΔE pp = mgx sin α et ΔE pe = 1 2 kx2 E c = ΔE pp ΔE pe = mgx sin α = 1 2 kx2 Équation d une parabole 9 b. E C = 0,1 10 2,0.10 2 sin(30) 1 2 20 (2,0.10 2 ) 2 = 1,0.10 2 4,0.10 3 = 10,0.10 3 = 4,0.10 3 E c = 6,0.10 3 J = 6,0 mj. 10 f. E c = 0,02 mg sin α 2.10 4 k Exercice n 3 11 b, e. Une lentille convergente possède des bords fins. OA' = OA + AA' = AO + AA' = x + D donc OA' = D x 12 f. 1 1 Relation de conjugaison : OA' OA = 1 f' 1 donc D x + 1 x = 1 f' x + (D x) = 1 donc f x + f (D x) = x(d x) x(d x) f' d où x2 Dx + f D = 0 150
Sujet 2 13 c, e. Résolution de l équation du second degré : x2 Dx + f D = 0 Discriminant : Δ = D2 4f D Pour obtenir deux solutions : Δ > 0 donc D2 4f D > 0 x 1 = D + Δ 2 et x 2 = D Δ 2 donc x 1 x 2 = D + Δ 2 d2 = Δ = D2 4f D f' = D2 d 2 4D = d 2 D 2 4D D Δ 2 14 d. 4,0 2,0 f' = = 2 8 8 = 1 4 = 0,25 m donc f = 25 cm et C = 4 δ. 15 a, d. Exercice n 4 16 c. = Δ 17 d. C 0 = 1 1 1 000 = = 3 f' 0 15,4.10 15,4 donc C 65 δ. 0 18 b. f' 1 = 1 = 1 m, OA' = 15,4 mm, OA = distance C 1 70 minimale de vision distincte. 1 1 Relation de conjugaison : OA' OA = 1 f' 1 1 donc OA = 1 1 = C OA' f' 0 C 1 = 65 70 = 5 1 Donc OA = 0,20 m = 20 cm 19 f. 20 e. L image d un objet situé à l infini se forme dans le plan focal image donc la vergence de l œil corrigé vaut C 0 = 65 δ. C 0 = C 1 + C 2 ec 1 C 2 or la lentille est accolée donc e = 0. C 0 = C œil + C lentille donc C œil = C 0 C lentille = 65 5 = 60 δ. 1 f' œil = = 1 C œil 60 = 1,67.10 2 m L image se forme à d = 16,7 15,4 = 1,3 mm. PHYSIQUE 151
PARTIE 3 Chimie Planning de révision 180 Auto-évaluation 183 Sujets d annales corrigés 231
Autoévaluation 1. Réaction chimique et avancement Exercice n 1 : QCM Cochez la (ou les) bonne(s) réponse(s). (1 point par question, soit 7 points) 1 On dispose d une solution mère de concentration molaire C 0 = 5,0.10 2 mol.l 1. On souhaite préparer une solution fille de concentration molaire C 1 = 1,0.10 4 mol.l 1 et d un volume V = 500 ml. a. Il faut utiliser une pipette jaugée de 10 ml munie d une propipette pour prélever le volume de solution mère. b. Il faut utiliser une pipette jaugée de 1 ml munie d une propipette pour prélever le volume de solution mère. c. Il faut utiliser une pipette jaugée de 5 ml munie d une propipette pour prélever le volume de solution mère. d. Il faut utiliser une éprouvette graduée de 10 ml munie d une propipette pour prélever le volume de solution mère. e. Il faut utiliser une éprouvette graduée de 5 ml munie d une propipette pour prélever le volume de solution mère. 2 On effectue une dilution au centième d une solution mère pour fabriquer une solution fille d un volume V 1 = 200 ml. a. La solution fille est 100 fois plus concentrée que la solution mère. b. La solution fille est 100 fois moins concentrée que la solution mère. c. Le volume de solution mère à prélever est V 0 = 200 ml. d. Le volume de solution mère à prélever est V 0 = 2,0 ml. 3 La solution fille possède une concentration molaire C 1 = 2,5.10 3 mol.l 1, alors que la solution mère a une concentration molaire C 0 = 5,0.10 2 mol.l 1. a. La solution mère est diluée 20 fois. b. La solution mère est diluée 0,05 fois. c. Il faut choisir une fiole jaugée de 200 ml et une pipette jaugée de 10 ml. d. Il faut choisir une fiole jaugée de 500 ml et une pipette jaugée de 10 ml. 4 On dispose d une solution mère de concentration molaire C mère = 4,0.10 2 mol.l 1, ainsi que d une fiole jaugée de 50 ml et d une pipette jaugée de 20 ml. a. La concentration de la solution fille vaut C fille = 1,6.10 2 mol.l 1. b. La concentration de la solution fille vaut C fille = 1,0.10 1 mol.l 1. c. La solution mère a été diluée 2,5 fois. d. La solution mère a été diluée 0,4 fois. CHIMIE 183
5 Au cours d une dilution au vingtième : a. la quantité de matière prélevée est divisée par 20. b. la quantité de matière prélevée reste inchangée. c. la concentration molaire de la solution fille est divisée par 20. d. la concentration molaire de la solution mère est divisée par 20. 6 Pour préparer une solution fille diluée au dixième par rapport à la solution mère, on utilise : a. une fiole jaugée de 100 ml et une pipette jaugée de 1 ml. b. une fiole jaugée de 50 ml et une pipette jaugée de 5 ml. c. une fiole jaugée de 200 ml et une pipette jaugée de 10 ml. d. une fiole jaugée de 250 ml et une pipette jaugée de 20 ml. 7 On souhaite préparer une solution de concentration molaire C 1 = 3,5.10 3 mol.l 1 à l aide d une fiole jaugée de 100 ml et d une pipette jaugée de 10 ml. La concentration molaire de la solution mère doit être : a. C 0 = 3,5.10 2 mol.l 1. b. C 0 = 3,5.10 4 mol.l 1. c. C 0 = 3,5.10 3 mol.l 1. d. C 0 = 3,5.10 1 mol.l 1. Exercice n 2 (1 point par case, soit 12 points) Complétez les tableaux ci-dessous. Chaque «case vide» vaut 1 point. Masses molaires atomiques : M(C) = 12,0 g.mol 1 ; M(Cu) = 63,5 g.mol 1 ; M(O) = 16,0 g.mol 1 M(H) = 1,0 g.mol 1 ; M(S) = 32,1 g.mol 1 ; M(I) = 126,9 g.mol 1 ; M(Na) = 23,0 g.mol 1 MASSE DE SOLUTÉ DISSOUTE QUANTITÉ DE MATIÈRE DE SOLUTÉ MASSE MOLAIRE DU SOLUTÉ VOLUME DE LA SOLUTION CONCENTRATION MOLAIRE CONCENTRATION MASSIQUE SOLUTION AQUEUSE DE DIIODE I2 2,0 g?? 200 ml?? MASSE DE SOLUTÉ DISSOUTE QUANTITÉ DE MATIÈRE DE SOLUTÉ MASSE MOLAIRE DU SOLUTÉ VOLUME DE LA SOLUTION CONCENTRATION MOLAIRE CONCENTRATION MASSIQUE SOLUTION AQUEUSE DE SULFATE DE? 5,0.10 2 mol?? 1,0.10 1 mol.l 1? CUIVRE CUSO 4 MASSE DE SOLUTÉ DISSOUTE QUANTITÉ DE MATIÈRE DE SOLUTÉ MASSE MOLAIRE DU SOLUTÉ VOLUME DE LA SOLUTION CONCENTRATION MOLAIRE CONCENTRATION MASSIQUE 90 g SOLUTION AQUEUSE DE GLUCOSE???? 60 g.l 1 C 6 H 12 O 6 184
Auto-évaluation Exercice n 3 : Tableau d avancement (0,5 point par question, soit 1 point) Complétez le tableau d avancement proposé. Indiquez si les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques. Sinon, identifiez le réactif limitant et le réactif en excès. Justifiez. ÉTAT DU SYSTÈME AVANCEMENT 4 CO + Fe 3 O 4 4 CO 2 + 3 Fe État Initial EI En cours de transformation État Final EF x 3,0.10 2 7,5.10 1 x x f 2. Cohésion des solides ioniques et moléculaire Dissolution Exercice n 1 Complétez le tableau. (0,5 point par case, soit 8 points) NOM DU CRISTAL IONIQUE Chlorure de fer (II) FORMULE DU CRISTAL IONIQUE IONS CONSTITUANT LE CRISTAL IONIQUE (FORMULE ET NOM) Sulfate de magnésium Ca(OH) 2 Ion carbonate Ion sodium Permanganate de potassium LiBr Ion manganèse Ion phosphate CuI 2 CHIMIE 185
Sujet n 3 IFMK de l EFOM, 2013 Difficulté Durée 30 minutes Calculatrice interdite Données : Masses molaires atomiques en g/mol. M(C) = 12,0 M(H) = 1,0 M(O) = 16,0 QCM (10 points) 1 a. Lors du titrage ph-métrique d un acide faible par une base forte, le ph du milieu réactionnel à la demi-équivalence est égal à la moitié du ph à l équivalence, soit pka. b. Lors du titrage ph-métrique d un acide fort par une base forte, à l équilibre le ph vaut 7 à 25 C. c. Lorsque les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques de l équation chimique de la réaction support d un titrage ph-métrique, le ph dépend de la température du milieu réactionnel. d. Lors du titrage ph-métrique d une base forte par un acide fort, on peut écrire, à l équivalence du titrage : ph = pke/2. e. Lors d un dosage par titrage ph-métrique, il convient d utiliser un indicateur coloré de ph pour repérer l équivalence, grâce au changement de couleur du milieu réactionnel. 2 Soit la réaction d équation : CH 3 COOH(aq) + HO (aq) CH 3 COO (aq) + H 2 O(l). a. La constante d acidité Ka du couple acide éthanoïque/ion éthanoate s écrit : Ka = [CH 3 COO (aq)]éq/([ch 3 COOH(aq)]éq [HO (aq)]éq). b. L acide éthanoïque possède un groupe caractéristique acide carboxylique. c. L acide éthanoïque ne possède pas de carbone tétraédrique. d. Le dosage d une solution d acide éthanoïque par une solution d hydroxyde de sodium peut aussi bien être réalisé par titrage ph-métrique que colorimétrique ou conductimétrique. On mélange 50,0 ml d une solution aqueuse d acide éthanoïque de concentration molaire volumique en soluté apporté C A = 1,0.10 2 mol/l avec 25,0 ml d une solution aqueuse d hydroxyde de sodium de même concentration apportée. e. La solution obtenue est une solution tampon de ph. 3 a. La représentation de Lewis d une molécule permet la visualisation dans l espace de cette molécule. b. La molécule de 1-bromo-1-chloroéthane ne possède pas de carbone asymétrique. c. Il est possible de passer d une conformation d une molécule à une autre par rupture de liaisons simples. d. Un mélange racémique est un mélange de 2 diastéréoisomères. e. Deux énantiomères réagissent différemment avec des réactifs chiraux. 242
Sujet 3 4 Le chlorure de cuivre II est très soluble dans l eau. À 25 C, on peut dissoudre 700 g de ce cristal ionique anhydre dans un litre d eau. Une solution de chlorure de cuivre II a une concentration en ions chlorure égale à 20,0 mmol/l. Sa concentration en ions cuivre II est : a. 10,0 mmol/l b. 40,0 mmol/l On veut préparer une solution de concentration [Cu 2+ (aq)] = 20,0 mmol/l avec des cristaux de chlorure de cuivre II, solide hydraté de formule CuCl 2,2H 2 O. On donne M(CuCl 2 ) = 134,5 g/mol. La masse de solide à dissoudre pour obtenir 100 ml de solution est : c. 0,341 g. d. 0,269 g. e. On utilise un bécher gradué de 250 ml pour fabriquer cette solution. 5 Les acides -aminés sont les constituants des protéines. Ils ont pour formule générale : NH 2 -CHR-CO 2 H. a. Ces molécules possèdent 2 groupes caractéristiques : le groupe amine et le groupe acide carboxylique. b. Ces acides -aminés possèdent un caractère amphotère. La kératine est le principal constituant du cheveu. C est une protéine formée à partir d acides -aminés dont l un d entre eux est la cystéine de formule : H O HS CH 2 C C NH 2 O H c. La cystéine est une molécule achirale. d. Les représentations de Cram suivantes sont celles de 2 énantiomères de la cystéine : COOH COOH N H 2 C H CH 2 SH H CH 2 SH C NH 2 e. La cystéine possède un carbone de géométrie plane. 6 Les ions iodure I sont oxydés lentement par les ions peroxodisulfate S 2 O 8 2. On peut étudier expérimentalement la cinétique de cette réaction en dosant régulièrement le diiode formé, ce qui permet de tracer la courbe [S 2 O 8 2 (aq)] = f(t), donnant en fonction du temps la concentration en ions peroxodisulfate restants. Une première expérience, réalisée en présence de l ion Fe 3+ (aq) catalyseur à la température 1, permet de tracer la courbe (1) ci-après. CHIMIE 243
Sujets d annales a. La catalyse de la réaction par les ions Fe 3+ est une catalyse hétérogène. b. À t = 60 min, la concentration en diiode dans la solution est de 1,8.10 2 mol/l. On recommence la même expérience à une température 2 différente et on obtient la courbe (2) cidessus. c. 2> 1. d. 2< 1. e. La température du milieu réactionnel est un catalyseur de la réaction étudiée. Donnée : couples oxydant/réducteur I 2 /I S 2 O 8 2 /SO 4 2 7 Le sang est coloré en rouge par l hémoglobine, molécule dont la masse molaire moléculaire vaut environ 66 kg/mol. Cette protéine, associée à l ion Fe 2+, contient en masse 0,34 % de fer. À 37 C, le ph du sang, régulé par le couple CO 2,H 2 O/HCO 3 est voisin de 7,4 ; mais le sang veineux est plus riche en dioxyde de carbone que le sang artériel. Données : Ke à 25 C = 1,0.10 14 M(Fe) = 56,0 g/mol Le produit ionique de l eau augmente avec la température de la solution. Aide au calcul : 17/7 = 2,4. a. À 37 C, le sang du corps humain est basique. b. Le couple CO 2,H 2 O/HCO 3 qui régule le ph sanguin est un «tampon» biologique. c. Le sang veineux est plus acide que le sang artériel. d. Une molécule d hémoglobine comporte 4 atomes de fer. e. pke(37 C) > pke(25 C) 8 On considère une molécule de formule brute C 4 H 7 OCl qui présente un spectre RMN du proton comportant 3 signaux : un quadruplet, un singulet et un doublet. Cette molécule possède un groupe carbonyle qui n est pas situé en bout de chaîne. a. Cette molécule peut être CH 2 Cl CH 2 CO CH 3. b. Cette molécule peut être CH 3 CHCl CO CH 3. c. Cette molécule peut être CH 3 CH 2 CO CH 2 Cl. d. La courbe d intégration correspondant au doublet présente un palier de hauteur 3 fois plus importante que celle du palier correspondant au quadruplet. e. La courbe d intégration présente 3 paliers de mêmes hauteurs. 9 On considère une molécule de formule brute C 9 H 20. Son spectre RMN du proton présente un quadruplet et un triplet. a. Cette molécule contient 2 groupes de protons équivalents. b. Le signal d intégration du spectre présente, pour chaque multiplet, des hauteurs identiques. c. Les signaux d intégration du spectre présentent, pour chaque multiplet, un rapport H q /H t = 2/3 avec H q la hauteur du signal d intégration du quadruplet et H t la hauteur du signal d intégration du triplet. d. La molécule étudiée peut être le 3,3-diéthylpentane. e. Le triplet correspond aux protons appartenant à un groupe méthyle. 10 Le principe tinctorial de l orcanette était utilisé par les anciens Égyptiens. Le colorant pourpre extrait des racines de l orcanette remplaçait la vraie pourpre (extraite de divers coquillages comme le murex) et était utilisé pour des textiles ordinaires. L écorce de ces racines contient plusieurs pigments naphtoquinoniques en assez forte proportion et on y trouve notamment l alkannine (acide anchusique) de formule : 244
Sujet 3 OH O OH OH O a. La formule brute de l alkannine est C 16 H 16 O 5. b. La formule de l alkannine donnée ci-dessus est une formule semi-développée. c. Un pigment est une substance colorante généralement soluble dans le milieu dans lequel elle est placée, contrairement à un colorant. d. La molécule d alkannine possède un carbone asymétrique. La molécule d alkannine peut être obtenue à partir de la réaction d équation suivante : OH O OH O OH + H 2 O OH O OH O e. Il s agit d une réaction de substitution. 11 L indigo est un pigment naturel autrefois extrait de plusieurs plantes comme le pastel ou l indigotier. Aujourd hui, c est une teinture très largement synthétisée et utilisée. La synthèse industrielle de l indigo (noté I) se fait à partir de naphtalène. La dernière étape de la fabrication correspond à la réaction d équation suivante : a. Les molécules notées A et B possèdent le même groupe caractéristique carbonyle. Pour réaliser la synthèse de l indigo au laboratoire, on procède de la façon suivante : on mélange 1,51 g de A, 7,25 ml de B (liquide densité d B = 0,80) et 10 ml d eau distillée ; on ajoute ensuite, goutte à goutte, 4,0 ml d une solution d hydroxyde de sodium à 2,0 mol/l apporté ; le mélange s échauffe et brunit : l indigo précipite ; l indigo formé est isolé, séché puis pesé. On obtient une masse de 580 mg de ce produit. Les masses molaires moléculaires des réactifs et des produits sont les suivantes : COMPOSÉ A B I MASSE MOLAIRE G/MOL 151 58 262 b. Le réactif limitant est le réactif A. c. L opération qui permet d isoler l indigo formé du milieu réactionnel est une décantation. d. La masse d indigo attendue est d environ 1,0 g. e. Le rendement de la synthèse est d environ 58 %. CHIMIE 245
Sujets d annales 12 La mesure de l absorbance d une solution d indigo, dans l éthanol acidifié, en fonction de la longueur d onde conduit au spectre ci-dessous. a. La solution d indigo absorbe principalement dans le jaune/orangé. b. La couleur de l indigo correspond au mélange de toutes les radiations du visible non absorbées. c. Le spectre ci-dessus est une courbe d étalonnage. d. La molécule d indigo possède plusieurs liaisons doubles conjuguées. e. Les groupes C=O présents dans la molécule d indigo sont des groupes chromophores. Corrigé QCM 1 c, d. Pour les autres propositions : À la 1/2 équivalence, ph = pka. Ce n est pas à l équilibre mais à l équivalence. Pour choisir convenablement un indicateur coloré pour un titrage colorimétrique, il faut que le ph à l équivalence soit contenu dans la zone de virage de l indicateur coloré. C est l indicateur coloré qui change de couleur 2 b, d. b. Attention, Ka = [CH 3 COO (aq)]éq [H 3 O + (aq)]éq / ([CH 3 COOH(aq)]éq) d. C est le cas du titrage d un acide faible par une base forte. On est ici à la 1/2 équivalence. On a donc ph = pka. 3 e. La plupart des processus du vivant mettent en jeu des phénomènes chiraux. Un récepteur biologique peut reconnaître en général une seule forme énantiomère d une molécule chirale et pas l autre! Deux énantiomères ont des propriétés physiques et chimiques identiques mais des propriétés biologiques différentes. Exemple : l énantiomère de configuration R de l adrénaline est un très bon stimulant cardiaque, tandis que l énantiomère S n exerce aucun effet thérapeutique! Pour les autres propositions : Cette représentation met en évidence les liaisons covalentes et les doublets non liants d une molécule dans le plan. Le carbone est relié à 4 atomes ou groupes d atomes différents. Il est donc asymétrique. Le passage d une conformation à l autre se fait par simple rotation autour de la liaison carbone/ carbone. Pas de rupture de liaison! C est un mélange équimolaire de 2 énantiomères. 4 a, c. a. [Cl ] = 2[Cu 2+ ] = 20 mmol/l c. CuCl 2, 2H 2 O Cu 2+ + 2Cl xf = n(cu 2+ ) = 20.10 3 0,1 = 2.10 3 mol. M(CuCl 2,2H 2 O) = 134,5 + 36 = 170,5 g/mol. m(cucl 2, 2H 2 O) = xf M = 0,341 g. Pour la dernière proposition : Pour la dissolution de ce cristal, on utilise une fiole jaugée de 100 ml. 246
Sujet 3 5 a, b, d, e. b. Selon le ph, ces acides peuvent jouer le rôle d un acide ou d une base dans deux couples différents. Exemple : l alanine : NH 2 CH 3 CH COOH pka 1 (CH 3 CH(NH 3+ ) COOH/CH 3 CH(NH 3+ ) COO ) = 2,35 pka 2 (CH 3 CH(NH 3+ ) COO /CH 3 CH(NH 2 ) COO ) = 9,7 2,3 9,7 CH 3 CH(NH 3+ ) COOH CH 3 CH(NH 3+ ) COO CH 3 CH(NH 2 ) COO e. Il s agit du carbone du groupe carboxyle COOH. Pour la troisième proposition : Elle possède un carbone asymétrique. Elle est donc chirale. COOH H CH 2 SH C NH 2 ph c. Le sang veineux est plus riche en dioxyde de carbone que le sang artériel (cf. énoncé) CO 2,H 2 O + H 2 O HCO 3 + H 3 O + Si la quantité de CO 2 est plus importante dans le sang veineux, il y a déplacement de l équilibre dans le sens direct, c est-à-dire la formation des ions H 3 O +. Le ph sera donc de plus en plus faible. La solution de sang veineux est donc de plus en plus acide. d. M(Hémoglobine) = 66.10 3 g/mol. %(Fe) = 0,34 = (56 x 100)/M(hémoglobine) x = 4. Pour la dernière proposition : Le pke diminue avec la température. pke(37 C) < pke(25 C) 8 b, d. d. 6 b, c. b. S 2 O 8 2 + 2I 2SO 4 2 + I 2 À 60 min, [S 2 O 8 2 ] restant = 2.10 3 mol/l (courbe 1) [I 2 ] formé = [S 2 O 8 2 ] initial [S 2 O 8 2 ] restant = 1,8.10 2 mol/l. On recommence la même expérience à une température 2 différente et on obtient la courbe (2) ci-dessus. c. La pente de la courbe 2 est plus forte que celle de la courbe 1. La cinétique de l expérience réalisée à 2 est plus grande. Cela est dû à l augmentation de la température. On atteint plus rapidement l état d équilibre. Autrement dit, le temps de demi-réaction de l expérience 2 est plus faible que celui de l expérience 1. Pour les autres propositions : Attention, le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase. Il s agit d une catalyse homogène. La température est un facteur cinétique. 7 a, b, c, d. a. Le Ke augmente avec la température donc le pke diminue avec la température. Donc à 37 C, pke < 7. Par conséquent, à ph = 7,4, le sang humain a bien un ph basique. 9 a, c, d, e. a. CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 C CH 2 CH 3 CH 2 CH 3 Pour la deuxième proposition : 12 protons équivalents sont responsables du triplet. 8 protons équivalents sont responsables du quadruplet. 10 a, d. Pour les autres propositions : Il s agit d une formule topologique dans laquelle les atomes de carbone n apparaissent pas. C est l inverse, le pigment est insoluble dans le milieu dans lequel il est placé, contrairement au colorant. C est une réaction d addition. Il y a rupture de la double liaison C=C. CHIMIE 247
Sujets d annales 11 d, e. d. n(i) = n(ho )/2 = 4.10 3 mol. m = 4.10 3 262 = 1,048 g soit 1 g environ. e. R = m(indigo)obtenu expérimentalement/ m(indigo si réaction totale) = 0,58/1 = 58 %. Pour les autres propositions : Il y a un groupe carbonyle de type aldéhyde pour la molécule A et de type cétone pour la molécule B. Le réactif limitant est le réactif A. n(a) = m/m = 1,51/151 = 0,01 mol. n(b) = m/m = ρv/m = 0,1 mol. n(ho ) = 8.10 3 mol. C est HO qui est limitant! C est une filtration. 12 a, b, d, e. a. La solution a une absorption maximale autour de 600 nm, qui correspond bien à la longueur du jaune/orangé. d. Vrai, il y a des groupes chromophores responsable de la coloration de cette molécule. e. L absorption d un photon dans le domaine UVvisible peut être attribuée à des électrons appartenant à des groupes d atomes du type : C=C ; C =O ; C=N ; C C ; C N. Pour la troisième proposition : C est une courbe représentant l absorbance en fonction de la longueur d onde. 248
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