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Baccalaurat gnral Banc BlancSrie S Session : mars 2006

Epreuve Sciences physiques Dure : 3 heures 30

Sujet de Spcialit

L'usage des calculatrices est autoris pour l'preuve

Exercice n1 Dtermination de la formule brute dun acide gras (6,5 points)

L'acide olique, prsent dans certaines huiles, est un acide gras insatur.Les acides gras insaturs sont des acides carboxyliques contenant plus de 10 atomes decarbone et une ou plusieurs doubles liaisons carbone - carbone.Leur formule brute est de la forme CnH2n+1-2dCOOH o d est le nombre de doubles liaisons.

Pour dterminer le nombre de doubles liaisons d de la molcule d'acide olique, on utilise laractivit de la double liaison C = C. Chaque double liaison est le sige d'une transformationmodlise par la raction d'quation :

Le chlorure d'iode CI est introduit en excs ; le titrage de cet excs permet ensuite la

dtermination du nombre de doubles liaisons d dans la molcule.

Masse molaire de lacide olique : 282 g.mol-1.

Protocole exprimental :

Etape 1 : Action du chlorure d'iodeDans un erlenmeyer, on introduit : V1=10,0 mL d'une solution de chlorure d'iode de concentration C1=0,11 mol.L

-1;

250 mL de cyclohexane (solvant) ; m2 = 0,20 g d'acide olique.

On bouche et on agite. On place l'obscurit pendant 45 minutes en agitant de temps entemps. La transformation qui a lieu dans cette tape est modlise par la raction d'quation(1).

Etape 2 : Transformation de CI en excs en diiodeL'excs de chlorure d'iode ne pouvant tre dos facilement, il est transform intgralement endiiode selon la raction d'quation :

( ) ( ) ( ) ( )

+=+ aqaqaqaq CIICI 2 (2)

On ajoute dans l'erlenmeyer :

20 mL d'une solution d'iodure de potassium ( ) ( )( )+

aqaq IK ,

100 mL d'eau distille.

On agite et on attend quelques minutes dans l'obscurit.

C C

H H

+ I = C CH H

I Cl

(1)

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tape 3 : Titrage du diiodeLe diiode form au cours de la deuxime tape est titr par une solution de thiosulfate de

sodium ( ) ( )( )+ 2

32,2 aqaq OSNa de concentration molaire Co = 0,10 mol.L-1, en prsence d'empois

d'amidon (ou thiodne) selon la raction d'quation :

( ) ( ) ( ) ( )

+=+ aqaqaqaq IOSOSI 222

64

2

322 (3)

Pour atteindre l quivalence, on a vers un volume de solution de thiosulfate de

sodium VE=7,6 mL.

I - Exploitation du titrage du diiode par la solution de thiosulfate de sodium (5 points)1. Le titrage mis en oeuvre ici est-il direct ou indirect ? Justifier.2. Faire un schma lgend du dispositif de titrage.3. Prciser, en le justifiant, la verrerie utilise pour prlever :

- le volume V1=10,0 mL de la solution de chlorure d'iode

- les 250 mL de cyclohexane.

- Les 20 mL de la solution diodure de potassium4. Indiquer le rle de lempois damidon (thiodne) utilis lors du titrage du diiode.5. Dterminer la quantit de diiode, n(I2), forme au cours de l'tape 2 et titre dans l'tape 3

(on pourra saider dun tableau davancement)6. Dterminer la quantit de chlorure d'iode en excs n( CI )ex.7. Dterminer la quantit de chlorure d'iode introduit n( CI )o.8. Dterminer la quantit de chlorure d'iode, n( CI )f, fixe par la masse m2 d'acide olique.

II - Dtermination de la formule brute de l'acide olique (1,5 points)1. Dterminer la quantit d'acide olique, nacide olique, prsente dans la masse m2.2. En dduire le nombre d de doubles liaisons par molcule d'acide olique.3. Dterminer la formule brute de cet acide insatur.

Exercice n2 : Suivi dune raction chimique lente laide dune chelle de teintes.

Lorsque lon fait ragir de leau oxygne H2O2 en milieu acide avec une solution diodure depotassium, il se forme lentement du diiode I2. Le milieu ractionnel prend, grce la prsencedu diiode, seule espce colore, une coloration brune dont lintensit dpend de la quantit dediiode. Le suivi cintique de cette raction se fera laide dune chelle de teintes. Lessolutions de diiode ont une couleur qui passe du jaune au marron fonc selon leurconcentration.

I - Ralisation de lchelle de teintes :On prpare dix tubes essais contenant chacun une solution de diiode dont la

concentration est croissante du tube n 1 au tube n 10. Les dix solutions sont prpares pardilution dune solution initiale S0 de concentration en diiode, C0 = 2,0 x 10

2 mol.L-1.

On ne dispose, cette fin, que du matriel suivant :- Bchers de 100 mL et 250 mL.- Pipettes jauges de 5 mL, 10 mL et 20mL. (et une propipette )- Cylindres ou prouvettes gradues de 10 mL, 100 mL et 250 mL- Fioles jauges de 10 mL, 100 mL et 250 mL.- Burette gradue.

- 10 tubes essais.- Pissette deau distille.- Solution mre So de diiode.

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Chaque tube essais est rempli partir dune solution Si de 100,0 ml obtenue, laide dumatriel disponible ci-dessus et par dilution de la solution S0. Les dix tubes sont disposs sur

un portoir dans lordre croissant de leur concentration en diiode que lon notera [ ]2I . (Voirtableau 1 ci-dessous. Pour le tube n 6 : [ ]2I = 1,5 x 10-3 mol.L-1 par exemple.)

Tube n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

[ ]2I (x103

mol.L-1

) 0,20 0,40 0,50 0,80 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0Volume solution S0

(en mL)

Volume eau distille(en mL)

1. Expliquer, laide d un schma annot complet, comment raliser une telle chelle deteintes. La mthode doit tre la plus simple possible. Indiquer quel matriel il faut utiliserpour cela.

2. Indiquer, dans le tableau ci-dessus, les volumes de solution S0 et deau distille que lon doitprlever pour obtenir les 100,0 mL de solution dilue S i ncessaire pour remplir chaque

tube. Justifier votre rponse.

II - Etude thorique de la raction doxydorduction entre leau oxygne H2O2 et lion I- :1. Donner lquation bilan quilibre de la transformation doxydorduction entre leau

oxygne H2O2 et lion iodure I- . Prciser chacune des deux demi quations

doxydorduction.2. Donner la dfinition dun oxydant et celle dun rducteur.On donne les deux couples doxydorduction mis en jeu : H2O2 / H2O et I2 / I

- .III - Suivi de la cintique de la raction :

A un instant, que lon choisira comme origine des dates, on mlange dans un tubes essais :- V = 10,0 mL de solution acidifie deau oxygne de concentration C = 1,0 x 10 -2 mol.L-1.- V = 10,0 mL de solution diodure de potassium C = 0,20 mol.L-1.Le mlange ractionnel, initialement incolore, se teinte progressivement avec la formation dediiode I2.On note les dates des instants o la coloration du milieu ractionnel est la mme que celle duntube de lchelle de teintes. Par exemple, t = 48 s, cette teinte correspond celle du tuben3. Ces informations sont consignes dans le tableau 2 ci-dessous :

1. Donner letableau davancement de la raction.

2. Donner lexpression lavancement x de la raction en fonction de [ ]2I . Se servir tableau 2pour tracer sur une feuille de papier millimtr, joindre la copie, le graphe x = f (t).

(Echelles : 2 cm pour 100 s; 2 cm pour 0,5 x 10-3 mol.L-1). On se limitera aux dates < 1500 s.3. Quelle sera la concentration en diiode du mlange ractionnel lorsque la raction aura fini

dvoluer ?4. Dfinir la vitesse de raction. Donner sa valeur aux dates t = 0 s et t = 200 s. Indiquer sur

le graphique la mthode utilise.

5. Dfinir le temps de demi-raction que lon notera . Dterminer sa valeur laide de votre

graphe.

Tube n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Date t (en s)1

3

2

9

4

8

6

7107 163 220 370 657 >1500

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Exercice n3 Frottements (7,5 points)

I Plan inclin (5 points)Un solide S de masse m = 900 g, abandonn sans vitesse initiale, glisse sur un plan inclin

d'un angle =35 par rapport au plan horizontal. Un dispositif appropri permet d'enregistrer

quelques positions successives Gi de son centre d'inertie G , des dates ti rgulirement

espaces : 1 80i it t ms .

10 cm10 cm

L'origine des dates correspond la position Go. On nglige les dimensions de S et on prendg=9,8 m.s-2

1. Dterminer les valeurs v2, v3 et v4 des vecteurs vitesses du centre dinertie du solide aux

dates t2 , t3 et t4.

2. En dduire la valeur a3 du vecteur acclration du centre dinertie linstant t3

3. On suppose que les frottements sont ngligeable sur le plan inclin. On souhaite tablirlexpression de la valeur ath de lacclration thorique quaurait G sil ny avait pas defrottements. On fera ltude dans le rfrentiel terrestre suppos galilen.

3.1. Dfinir un rfrentiel galilen

3.2. Faire un bilan des forces appliques au solide. Les reprsenter sur un schma.

3.3. Citer puis appliquer la 2me loi de Newton.

3.4. Projeter la relation vectorielle obtenue en 3.3. sur les axes (Ox) et (Oy)

3.5. En dduire lexpression de ath et faire lapplication numrique.

4. On interprte la diffrence entre a3 et ath par lexistence de frottements. En supposant ces

frottements reprsents par une force unique f constante, calculer sa valeur f.

xO

y

x

y

xO

y

x

y

II Plan horizontal (2,5 points)Le plan inclin est raccord un plan horizontal. Le solide S attaque la surface horizontaleavec une vitesse vi = 20 km.h

-1 (on admettra que le passage du solide S sur la ligne deraccordement ne produit pas de choc susceptible de modifier la valeur v de sa vitesse)

On suppose que les frottements sont reprsents par une force unique 'f de valeur f = 0,75 N

pendant toute la dure du mouvement sur le plan horizontal.En vous inspirant de la dmarche effectue en 3. Dterminer la dure du mouvement sur leplan horizontal avant larrt du solide S