Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points)








télécharger 51.8 Kb.
titreExercice I – chimie organique relativiste (7,5 points)
date de publication23.12.2016
taille51.8 Kb.
typeDocumentos
l.21-bal.com > loi > Documentos
Correction Examen Blanc TS - Obligatoire

Bac S 2013 Asie Correction © http://labolycee.org

EXERCICE I – CHIMIE ORGANIQUE RELATIVISTE (7,5 points)
1. Étude de la transformation chimique

1.1. (0,25 pt) L’atome le plus électronégatif attire davantage les électrons partagés de la liaison, il est porteur d’une charge partielle négative ; l’autre atome est porteur d’une charge partielle positive.




(0,25 pt) Ainsi on a
1.2. (0,5 pt) On peut envisager que l’atome de carbone central du 2-chloro-2-méthylpropane soit un site accepteur de doublet d’électrons, et que l’atome d’oxygène de l’eau soit un donneur de doublet d’électrons.

1.3. (0,5 pt) Le produit P1 résulte d’une réaction de substitution, en effet l’atome de chlore du 2-chloro-2-méthylpropane a été substitué par un groupe hydroxyle OH.

Le produit P2 résulte d’une réaction d’élimination.

1.4. (0,75 pt)

Groupe O – H : présent

Groupe C – H, C lié à une double liaison :

absent
Groupe C – H, C ayant 4 liaisons covalentes

présent
Groupe C = C : absent
La spectroscopie IR permet d’identifier P1.
1.5. (0,75 pt)

Le spectre de RMN permet d’identifier P1.

1.6. (0,25 pt) Comme le produit de la réaction est P1, la réaction étudiée est une substitution.

1.7. (0,25 pt) Écrivons l’équation de la réaction : (CH3)3CCl + H2O  (CH3)3COH + Cl + H+

Au cours de la réaction des ions apparaissent dans le milieu réactionnel, ainsi l’augmentation de la conductivité permet de suivre l’avancement de la réaction.
2. Étude de la cinétique de la réaction.

2.1. (0,25 pt) Pour l’expérience A3, à la date t = 1200 s, on constate que la conductivité σ est devenue presque constante : la réaction est terminée. Or à cette même date, pour les expériences A2 et A3 la conductivité augmente encore. La durée de réaction est plus courte pour l’expérience A3, ainsi la vitesse de réaction est plus élevée lorsque la température est plus forte.

Remarque : Le raisonnement ci-après a été donné par de nombreux candidats et accepté comme étant juste, mais il n’est pas rigoureusement correct car l’énoncé indique que K est une constante qui dépend de la température.

Pour une durée de 1200 s, A3 > A2 > A1 comme  = K.x on en déduit que
xA3 > xA2 > xA1.


Pour une même durée, plus l’avancement est élevé et plus la vitesse de réaction est grande.

On constate que la vitesse de réaction est plus grande lorsque la température est plus élevée.
2.2. (0,5 pt) Pour l’expérience A3, à la date t = 1200 s, on constate que la conductivité σ est devenue presque constante : la réaction est terminée. Or à cette même date, pour l’expérience B la conductivité augmente encore. La durée de réaction est plus courte pour l’expérience A3, ainsi la vitesse de réaction est plus élevée lorsque la proportion eau / acétone est plus élevée.

Remarque : Le raisonnement ci-après a été donné par de nombreux candidats et accepté comme étant juste, mais il n’est pas rigoureusement correct car l’énoncé indique que K est une constante qui dépend du mélange considéré.

B(t = 1200 s) < A3(t = 1200 s)

La diminution de la proportion eau / acétone (Exp. B) a pour conséquence une diminution de la vitesse de réaction.
2.3. (0,25 pt) Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l’avancement atteint la moitié de sa valeur finale.
2.4.

(0,5 pt)


3. Cinétique relativiste.

3.1. (0,5 pt) Le temps propre est la durée mesurée dans le référentiel propre, c'est-à-dire dans le référentiel de l’engin spatial où les événements émission 1 et émission 2 du signal lumineux ont lieu au même endroit.

3.2. (0,25 pt) Les deux référentiels étudiés sont le référentiel propre qu’est l’engin spatial et le référentiel lié à la Terre (et aux balises).

3.3. (0,25 pt) tP durée propre et tm durée mesurée.

3.4. (0,25 pt) tP mesurée dans l’engin spatial et tm mesurée dans le référentiel lié à la Terre.

3.5. (0,25 pt) Pour mesurer tP une seule horloge suffit, les événements début de la réaction et x(t = t1/2) ont lieu au même endroit.

3.6.

(0,25 pt) = 1,7 Δtm = γ.ΔtP

(0,25 pt) Δtm = = 1,7×103 s

3.7. (0,25 pt) Δtm > ΔtP.

La vitesse du vaisseau spatial est très élevée et proche de celle de la lumière, elle entraîne une dilatation des durées pour un observateur situé dans le référentiel lié à la Terre.

3.8. (0,25 pt) La dilatation des durées est constatée expérimentalement avec des particules cosmiques que sont les muons. Leur durée de vie est plus grande mesurée sur Terre que dans leur référentiel propre.
Exercice II – Le génie des physiciens (7,5 points)

Partie A

1. La mesure du temps par Galilée

1.1. (1 pt)

  • À l’aide d’une analyse dimensionnelle, retrouvons la bonne expression de la période propre parmi celles proposées dans le document 2.

T0 =

dim(T0) = dim(2) . dim Remarque : la dimension se note [To] = [2].[ ]

dim(T0) = dim(2) . dim

dim(T0) = 1. L1/2. dim(g-1/2)

g est l’accélération de la pesanteur, exprimée en m.s–2 ; g est homogène à une accélération.

dim(T0) = L1/2 . (L.T–2)–1/2 = L1/2 . L–1/2.T1 = L0.T

dim(T0) = T

L’expression T0 = est homogène à une durée.

  • Calcul de la période du pendule de Galilée : m = 50 g, = 4 coudées = 4×0,573 = 2,292 m

T0 = = 3,04 s

  • Détermination expérimentale de la période du pendule :



Pour plus de précision, on mesure plusieurs périodes T. ( 0,25 pt)

14,9 cm  20 s

13,6 cm  6T
Donc T = = 3,04 s

  • Conclusion : Le pendule réalisé aurait pu être celui de Galilée puisqu’il possède exactement la même période que celui-ci.


1.2.1. (0,25 pt) On détermine sur le document 3, l’amplitude xm = 400 mm.

(0,25 pt) sin αm = αm = arcsin()

(0,25 pt) αm = arcsin = 10,1°

1.2.2. ECmax =

(0,25 pt) vmax =

La fenêtre n°2 du document 3, montre que l’énergie cinétique maximale vaut
ECmax = 17,2 mJ

(Raisonnement : 5,0 cm  17,5 mJ

4,9 cm  ECmax mJ)

(0,25 pt) vmax = = 0,83 m.s-1

1.2.3. (0,5 pt)

Em = EC + EP

En l’absence de frottements, l’énergie mécanique se conserve.

Em = Cte = ECmax

Partie B : Étude du mouvement de la station spatiale ISS

1. (0,25 pt) Schéma : L’expression vectorielle de la force gravitationnelle

exercée par la Terre T sur la station S est :
(0,25 pt) .

2. Le système {station ISS} est étudié dans le référentiel géocentrique supposé galiléen.

(0,25 pt) La station n’est soumise qu’à la force gravitationnelle .

La masse m de la station étant constante, la deuxième loi de Newton s’écrit : = m.

En posant dTS = R + h il vient :

(0,25 pt) groupe 23Finalement : .

3.1. (1 pt) Dans le repère de Frenet ,

le vecteur accélération s’écrit : .

avec on a : .

En égalant les deux expressions de l’accélération, il vient :

Par identification on obtient :

La valeur de la vitesse de la station est constante donc le mouvement est uniforme.

L’expression de la vitesse v s’obtient à partir de la relation :

soit finalement :

3.2. (0,25 pt) On convertit R + h en m :

= 7,67103 m.s1 = 7,67 km.s–1.

4. (0,5 pt) Soit T la période de révolution de la station autour de la Terre, comme le mouvement est circulaire et uniforme de rayon R + h , la vitesse v s’écrit : v =

donc soit = 5,56103 s = 1,54 h

Le nombre n de révolutions de la station en Δt = 24 h est n =

n = = 15,6. Un astronaute à bord de la station ISS fait plus de 15 fois le tour de la Terre en 24 h.
5. Modèle simplifié du décollage

5.1. (0,5 pt) Le système S = {fusée + gaz} étant supposé isolé, la quantité de mouvement du système se conserve au cours du temps. Entre les dates t = 0 et t = 1 s on a donc :



Initialement le système est immobile (on considère que les gaz n’ont pas encore eu le temps d’être éjectés de la fusée) donc d’où  ,

soit

donc finalement :

Lors du décollage, les gaz sont éjectés vers le bas. La relation précédente montre que la fusée est alors propulsée vers le haut. Il s’agit d’un exemple de mode de propulsion par réaction.
5.2. (0,5 pt) Entre les dates t = 0 et t = 1 s, la variation de masse |m| de la fusée est due à l’éjection de gaz qui a lieu avec un débit D.

La masse mg des gaz éjectés s’écrit mg = D.t

Donc |m| = D.t.

Pour t = 1 s on a : |m| = 2,91031 = 2,9103 kg  3103 kg = 3 t.

En exprimant les masses en tonnes, calculons : = 3,7103 = 0,37%  0,4 %

La variation de masse |Δm| de la fusée au bout d’une seconde après le décollage est inférieure à 1 % de la masse initiale mfi de la fusée : elle est donc négligeable.
On considère que la masse mf de la fusée n’a pas varié une seconde après le décollage.

Calculons alors la valeur de la vitesse de la fusée :

En projetant la relation selon un axe vertical il vient :

En laissant les masses en tonnes et la vitesse en km.s1, il vient :

vf = 1,5102 km.s1 = 15 m.s1.

6.1. (0,25 pt) Si la vitesse est en réalité très inférieure à celle calculée, c’est que le système n’est pas isolé. Le système {fusée + gaz} subit la force poids qui le ralentit fortement (et dans une moindre mesure la force de frottement de l’air).
6.2.1. (0,25 pt) D s’exprime en kg.s1.

vg s’exprime en m.s1.

Donc D.vg s’exprime en kg.m.s2.

Le produit D.vg est donc homogène à une masse (kg) multipliée par une accélération (m.s2).

La deuxième loi de Newton permet de conclure que le produit D.vg est homogène à une force.

6.2.2. (0,25 pt) La fusée peut décoller si la valeur F de la force de poussée est supérieure à la valeur P du poids de la fusée :

P = mf.g

soit P = 7,81059,78 = 7,6106 N (convertir mf en kg).
F = D.vg

soit F = 2,91034,0103 = 12106 N.

Comme F > P, la fusée peut décoller.
EXO III – LES FOURMIS DETIENNENT-ELLES LA CLÉ DU CARBURANT DU FUTUR ? (5points)

1. L’acide formique dans les nouvelles chaines énergétiques

1.1. (0,75 pt) Les avantages de l’acide formique sur l’hydrogène (sous forme de dihydrogène) sont :

- Stockage plus sûr car l’acide formique est très peu inflammable (tandis le dihydrogène est très inflammable et présente des risques d’explosion) ;

- Stockage plus facile : l’acide formique étant liquide à température ambiante, il est inutile de le stocker sous pression et dans un réservoir lourd et encombrant. De plus, à volume égal il permet de stocker plus d’hydrogène que le dihydrogène sous pression et permet donc l’utilisation de réservoirs plus petits ou une plus grande autonomie ;

- Distribution plus rapide et plus facile à la pompe (un liquide est à priori plus facile à distribuer qu’un gaz sous pression.

Remarque : On notera que le document ne mentionne jamais le risque de brûlures chimiques avec l’acide formique qui est corrosif.
1.2. (0,75 pt)Exprimons la masse mAH d’un litre d’acide formique :

dAH = , donc ρAH = dAH.ρ où ρ est la masse volumique de l’eai

D’autre part ρAH = , alors mAH = dAH.ρ.V

Exprimons la masse d’hydrogène présente dans un litre d’acide formique :

Cette masse étant due aux différents atomes d’hydrogène de l’acide formique, elle vaut : pourcentage massique d’hydrogène masse d’un litre d’acide formique

Soit m(H) =.dAH.ρ.V

AN : m(H) =

Il y a donc bien 53 g d’hydrogène dans un litre d’acide formique qui pourra être libéré par transformation chimique.
1.3. (0,5 pt)

2. L’acide formique en milieu biologique

2.1. Piqûre de fourmi
2.1.1. (0,5 pt)D’après sa formule développée, l’acide formique possède

un groupe carboxyle qui lui confère des propriétés acides,

c’est-à-dire la capacité de céder un proton H+ (acide selon la théorie de Brönsted).
2.1.2. (0,5 pt) L’acide formique réagissant avec l’eau des tissus, l’équation de la réaction chimique à l’origine des brûlures est :

HCO2H (aq) + H2O(l) HCO2 (aq) + H3O+ (c’est un équilibre car l’acide formique est un acide faible - cf données 2.2)
2.2. L’estomac du tamanoir

2.2.1. (0,5pt) Dans l’estomac des tamanoirs (pH = 2) donc l’espèce prédominante est l’acide formique car pH < pKa (HCO2H) / HCO2).




2.2.2. (1 pt qqs la méthode choisie) Méthode 1 (version mathématique)

D’après les données, pH > – log (c) pour une solution aqueuse d’acide faible de concentration c en soluté apporté donc 10–pH < c (par application de la fonction 10–x qui est décroissante d’où le changement de signe)

Dans l’estomac, le pH est proche de 2 donc c > 10–2 mol.L-1

Méthode 2 (version « j’ai compris la notion d’acide faible »)

Si l’acide formique était un acide fort, on pourrait écrire pH = – log c avec c concentration en acide formique apporté donc c = 10–pH soit c = 10–2 mol.L-1 car pH = 2.

Cependant, l’acide formique est un acide faible : sa réaction avec l’eau n’est pas totale ; pour arriver à un pH aussi acide, la concentration en acide formique apporté doit être supérieure à
10–2 mol.L-1.
2.2.3. (0,5 pt)Les tamanoirs se nourissant presque exclusivement de fourmis, ils écrasent les fourmis dans leur bouche et c’est l’acide formique des fourmis qui permet leur propre digestion en maintenant le pH de l’estomac du tamanoir à une faible valeur.

similaire:

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice II – Un smartphone en tp de physique-chimie (9 points)

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconSous colle – Lundi 1/10 gdt – Chimie Physique & Chimie organique

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice de chimie : le dihydrogène pour la protection de l’environnement (8 points)
«cathode» ? Justifier. Indiquer sur le schéma le sens de circulation des électrons. En déduire à quelle électrode correspond le pôle...

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconLe tableau périodique- loi de Pouillet Chimie Exercice 1

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice 1 (5 points)

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice 1 ( 5 points )

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconPage : /3 Exercice n°1 : La réfraction (10 points)

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice 1 : étude d’un anesthésiant (8,5 points)

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice II. Pendule de foucault (5,5 points)

Exercice I – chimie organique relativiste (7,5 points) iconExercice II. À Propos des sous-marins (5,5 points)








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
l.21-bal.com