EXERCICE I Autour de l éthanol (8 POINTS) Partie A : Formation de l éthanol 1- Titrage 1.1 Schéma d un titrage colorimètrique 1.2 Afin de stopper la transformation dans le prélèvement, la température étant un facteur cinétique 1.3 H 3 O + ( + HO ( 2 H 2 O (l) 1.4 [HO - C A.V E / V p avec C A,0-2 mol.l -1 et V p ml. 1. Les deu concentrations sont identiques. t (en h ) 0, 1,0 1, 2,0 2, 3,0 3, 4,0 V E ( en ml ) 12,8 12,0 11,3,8,4,0 9,7 9, [HO - ( -2 mol.l -1 ) 6,4 6,0,7,4,2,0 4,9 4,8 ( -3 mol) 6 13 16 18 20 21 22 2- Vitesse volumique 2.1 Etat Avancement C 2 H Br ( + HO ( C 2 H OH ( + Br ( Initial 0 n i (C 2 H Br) n i (HO ) 0 0 Intermédiaire n i (C 2 H Br) - n i (HO ) - final f n i (C 2 H Br) - f n i (HO ) - f f f 2.2 n (HO ) n i (HO ) - soit ([HO - i - [HO - ).V Voir le tableau ci-dessus 2.3 1 d 2.4 v V v diminue puisque le coefficient directeur v en mol.l -1.s -1 d de la tangente à la courbe diminue au cours du temps. Cela s eplique par la diminution de la concentration des réactifs qui est un facteur cinétique donc il y a moins de chocs efficaces. 3- Temps de demi-réaction 3.1 ma n i (C 2 H Br) [C 2 H Bri.V ma 30. -3 mol ou ma n i (HO - ) [HO - i.v ma 70. -3 mol C 2 H Br est le réactif limitant et ma 30. -3 mol. (mmol) 2 20 1 f ( t ) 0 0 1 2 3 4 t (heure) Série1
3.2 C est la durée nécessaire pour que la moitié du réactif limitant soit consommé ou encore que l avancement soit égal à la moitié de l avancement final (encore égal ici à l avancement maimal). On porte le point d abscisse ma / 2 1. -3 mol sur la courbe. On détermine son ordonnée. t 1/2 # 1,8 h Partie B : réaction entre l ion sodium et l éthanol 1. H 2 2. Non. Si c était le cas une espèce céderait un proton et une autre le capterait. 3. ma n i (C 2 H OH) ρv/m (C 2 H OH) avec V 20 ml A.N ma 0,34 mol ou ma n i (Na) m(na) / M(Na) A.N ma 1,0. -3 mol L éthanol est en ecès (et ma 1,0. -3 mol) 4. Le sodium disparaît totalement. n i (Na) ma n f (C 2 H O - ) AN : n f (C 2 H O - ) 1,0. -3 mol 6. [C 2 H O - f n f (C 2 H O - )/V S avec V S 200 ml AN [C 2 H O - f,0. -3 mol.l -1 Partie C : réaction entre l ion éthanolate et l eau 1. C 2 H O - ( + H 2 O C 2 H OH ( + HO ( [ C2H OH [ HO 2. a) Qr AN Q r,i 0 [ C H O b) 2 + [ C2H OH [ HO [ C2H OH [ HO [ H 3O K K + A2/ K A1 [ C H O [ C H O [ H O 2 2 AN K 7,9. 1 c) Qr,i < K : d après le critère d évolution, le système évolue spontanément dans le sens direct de la réaction. Il se forme C 2 H OH et HO 3. ma C.V V volume du système chimique f [HO - f.v K A2.V / [H 3 O + f (ph-pka2).v f / ma (ph-pka2) /C AN 1 La transformation est totale. EXERCICE II. Etude d un vinaigre commercial ( POINTS) I. Dilution du vinaigre Une dilution s effectue avec de la verrerie jaugée. Solution mère : c 0 ; V 0 Solution fille : c c 0 / ; V Au cours d une dilution la quantité de matière de soluté se conserve : c V c 0 V 0 (c 0 /) V Soit V 0 V/. On prélève V 0 à l'aide d'une pipette jaugée de 20,0 ml et on effectue la dilution dans une fiole jaugée de 200,0 ml II. Réaction de titrage Q1. HA ( + HO ( A ( + H 2 O (l) Avec état des espèces 3 Equation HA ( + HO ( A ( + H 2 O (l) Etat initial 0 mol c A V A c B V B 0 En cours de transformation c A V A c B V B Etat final si transformation limitée Etat final si transformation totale f c A V A f n(ho ) f c B V B f f ma c A V A ma 0 ma EXCES K e H O Q2. a) pour V B 6,0 ml, d après la courbe ph ; [ HO - [ 3 + ; [ HO - 1,0. -9 mol/l
b) Pour V B 6,0 ml, le ph du mélange vaut ph ( n [HO ) HO f ( f VA + Veau + VB Soit (n HO - ) f K e ph (V A +V eau + V B ) AN : (n HO - ) f 7,6 11 mol c) (n HO - ) f c B V B f soit f c B V B (n HO - ) f d) ma C B V B e) ma totale. f ma ( n ma HO ) f 6,0 76 6,0 6,0 6,0 4 12 4 1 La transformation est donc 4 4 III. Détermination par titrage de la concentration molaire en acide éthanoïque apporté du vinaigre Q1 A l uivalence la courbe dph passe par un maimum ce qui correspond à VBE ml dv B Q2 A l uivalence la quantité de soude versée est égale à la quantité d acide présente, soit : c V B BE c B V BE c A V A soit c A soit c A 1,0 1 mol.l -1 VA La solution de vinaigre a été diluée fois soit c 0 c A 1,0 mol.l -1 soit c 0 1,0 mol.l -1 IV. Utilisation d indicateurs colorés naturels Q1 HA ind A ind - ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- ph pk i Q2 K i [ H O+ 3 ( soit Ki + [ H O aq 3 ( ) pk i ph Q3 Artichaut : Pour V B 9,8 ml Pour V B,1 ml ph pk i Betterave rouge : Pour V B 9,8 ml V B,1 ml Q4 6, 7, 1,0,7, 3,0 6, 11,,0,11, 1,0 Artichaut Betterave rouge V B 9,8 ml V B,1 ml V B 9,8 ml V B,1 ml 1,0 3,0,0 1,0 Couleur incolore (HA prédomine) Jaune (A prédomine) Rouge (HA prédomine) Rouge (HA prédomine) Q La betterave ne convient pas, puisque aucun changement de couleur n'a lieu à l'uivalence. Avec l artichaut, le milieu réactionnel passera de l incolore au jaune. C est donc l indicateur coloré le mieu adapté. Q6 Si le vinaigre était coloré, le changement de couleur serait peu visible. La coloration jaune de l'indicateur coloré serait masquée par la couleur du vinaigre.
EXERCICE II Les sons ( POINTS) A Les fonctions d'un instrument de musique : Q1 Un instrument de musique doit vibrer (ecitateur : corde qui est frottée) et émettre (caisse de résonance dans le cas d'un instrument à corde : table d'harmonie). B Etude des sons produits par différents instruments : Q1 Deu des sons étudiés correspondent à la même note : les sons ont la même hauteur ; la hauteur d'un son est mesurée par la fruence (Hz) du fondamental. Ce sont les documents 1 et 3. Fruence (Hz) du fondamental 1/ T(s) AN f 1/0,007 1,3. 2 Hz. Ils ne sont pas obtenus avec le même instrument : les formes des oscillogrammes sont différentes ; Le timbre est la qualité d un son qui permet de distinguer deu notes de même hauteur jouées par deu instruments différents. Q2 a) fruence fondamentale : fruence correspondant au premier trait sur les spectres et telle que les fruences des harmoniques sont des multiples de la fruence du fondamental. C est la fruence du signal complee. document : 260 Hz ( son 2); document 6 : 130 Hz ( son 1). b) fruences des harmoniques : 260 Hz (rang 2) ; 20 Hz (rang 4) ; 60 Hz (rang ) Q3 fruence fondamentale f 1 200 Hz (Voir justification ci-dessus). Q4 a) Résonance ; onde stationnaire b) E et C : nœuds D : ventre c) On observe deu fuseau : cela correspond à l harmonique de rang 2. D après Q3, la fruence correspondante est f 2.f 1 400 Hz d) L 2. 2 λ AN λ 0,0 m e) v λ.f AN v 2,0. 2 m.s -1 Analyse dimensionnelle : voir cours Q f 3.f 1 : on observe trois fuseau. N V N V N V N Q6 L'intensité acoustique vaut : I A I 0 8 1,0. - 4 Wm -2. Les intensités acoustiques s'ajoutent I I A +I B 1,0. -3 Wm -2. Le niveau sonore devient : L log (I/I 0 ) AN L 90 db. Le niveau sonore du son émis par l'orchestre ne dépasse pas le seuil de douleur.
EXERCICE II Etraction de la caféine ( POINTS) 1. 1.1. Le réfrigérant sert à condenser la vapeur d eau qui se forme lors du chauffage et éviter ainsi toute perte de matière. Pour le schéma, voir dans le livre. La circulation d eau se fait de bas en haut. 1.2. La caféine est très soluble dans l eau chaude (6 C) : voir tableau. 1.3. Voir le schéma d une ampoule à décanter dans le livre. La phase organique se trouve en dessous de la phase aqueuse car le dichlorométhane est plus dense que l eau. La caféine se trouve dissous dans le dichlorométhane car elle est peu soluble dans l eau froide. Or on a refroidi la phase aqueuse avant d ajouter le dichlorométhane et la caféine est très soluble dans ce dernier (voir tableau). 1.4. La technique mise en jeu est l etraction par un solvant (puis la décantation). 1.. Le sulfate de magnésium anhydre absorbe l eau restante dans la phase organique. 1.6 On peut effectuer une recristallisation. 2. PREPARATION DE SOLUTIONS DE CAFEINE DE DIFFERENTES CONCENTRATIONS Il faut donc effectuer une dilution par 2. Le volume de solution à prélever doit donc être deu fois plus petit que le volume de la solution finale. On utilise le matériel suivant : - pipette jaugée de ml pour le prélèvement, - fiole jaugée de ml pour contenir la solution finale, - bécher de 0 ml pour contenir la solution initiale en vue du prélèvement. 3. MESURE D'ABSORBANCE 3.1. Ces longueurs d onde appartiennent au domaine des ultra-violets (λ 400 nm). 3.2. C est la boisson 2 qui est la plus ecitante puisque c est celle pour laquelle la concentration en caféine est la plus élevée. En effet c est celle qui a la plus grande absorbance ; or, d après la courbe plus l absorbance est grande plus la concentration en caféine est grande. 3.3 Sur le spectre d absorption, on constate que l absorbance de la solution vaut 0, pour λ 271 nm. Et sur la droite d étalonnage on lit que l absorbance de 0, correspond à une solution de concentration égale à 16mg.L -1. C est cette dernière qui a donc été utilisée pour réaliser le spectre d absorption. 3.4. λ 271 nm correspond à un maimum d absorbance. Donc avec λ 228 nm et pour une concentration donnée on aura une absorbance moindre. C est donc la droite 3 qui correspond à l étalonnage avec une lumière de longueur d onde de 228 nm.
EXERCICE III. Physique ( POINTS) I. I - Dipôle RL ( points) PARTIE A 1. u + r. i L di 2. Epérience 1 : le terme di,2 L est nul car i est constant. On a donc E r.i, d où r E 13 i 0,40 Ω Epérience 2 : r étant négligeable, on a u L di ; i (t) étant une fonction triangulaire et la dérivée d une fonction affine étant une constante, u (t) est donc une fonction rectangulaire. Sur l intervalle de temps [0,4 s ; 0,7 s, PARTIE B 20A. di 0 6,3 s 1 2,0 et u 2,0 V ; d où L 0,H 20 3. u G u R + u B d où, r. i E R.i+ L di +, soit : E L. (R r). i di + + 4. i (t) I + Ke -t/ d où di K e -t/ ; en remplaçant dans l uation différentiel cela donne : E L K e -t/ + (R+r) I + (R+r) Ke -t/ (R+r) I + Ke -t/ (R + r - L ). Cette égalité n est possible quelque soit t que si R L pour K 0 et +r I. R E + r Condition initiale : i (0) 0 car l intensité du courant ne peut pas varier instantanément dans une bobine. On en déduit que 0 I + K, d où K -I. Application numérique :. 0,,2 2, ms, I 0,13A 40 40 et K - 0,13 A. i en ma i en fonction du temps 10 I 0 0 0 0 2 4 6 8 12 14 t en ms
PARTIE C 6. K Y 1 u R R M u G E (L,r) u B i 7. Sur la voie Y 1 on visualise la tension au bornes du conducteur ohmique. Cette tension est proportionnelle à l intensité du courant, donc a la même allure que i(t). C est cette voie que l on doit visualiser. 8. Sur l autre voie on visualise -u B (t). Y 2 - u B en fonction du temps - u B en V 0-1 -2-3 -4 - -6 0 2 4 6 8 12 14 t en ms II - Ondes en questions (+ ou 0,2 pt) 1. b et d 2. a et d 3. a et c 4. b et c