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Ecrit CG STL-CLPI 2011.pdf

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  • 1

    CONCOURS GNRAL DES LYCES

    ______

    SESSION DE 2011 ______

    CHIMIE DE LABORATOIRE ET DES PROCDS INDUSTRIELS

    Classes de Terminales STL

    PREMIRE PARTIE

    Dure : 6 heures ______

    Si au cours de lpreuve un candidat repre ce qui lui semble tre une erreur dnonc, il le signale

    dans sa copie et poursuit sa composition en indiquant les raisons des initiatives quil est amen

    prendre.

    Le sujet comporte trois parties : chimie inorganique (partie A), chimie organique (partie B) et gnie

    chimique (partie C). Les candidats doivent rdiger chacune des trois parties (A, B et C),

    indpendantes les unes des autres, sur trois documents-rponses (un jaune pour la partie A, un bleu

    pour la partie B et un rose pour la partie C), lesquels seront ensuite insrs dans le cahier-rponses.

    Il est souhaitable quun futur laurat du concours gnral montre sa matrise dans les diffrents

    domaines de la chimie et du gnie chimique. Il lui est donc fortement conseill daborder toutes les

    parties et le plus grand nombre de questions possibles dans chacune delles.

    Thme gnral : Chimie et alimentation

    Les transformations chimiques ncessaires la vie sont dpendantes d'apports en nutriments. Pour

    l'Homme, une alimentation saine consiste respecter l'quilibre alimentaire, c'est--dire consommer

    ni trop ni trop peu de protines, de fruits, de lgumes, de vitamines et doligo-lments.

    Dans les pays industrialiss, l'alimentation constitue un enjeu de sant publique, en raison de son

    influence sur l'esprance de vie.

    L'alimentation est galement un enjeu majeur du dveloppement durable. Elle est en effet responsable

    des trois quarts environ de l'empreinte cologique des individus. De nouveaux modes de

    consommation raisonne, faisant appel des produits locaux et de saison, une consommation plus

    limite de viande au profit de protines vgtales, se dveloppent pour minimiser limpact de

    lHomme sur son environnement.

    l'oppos des problmes de consommation alimentaire des pays industrialiss, il ne faut pas oublier

    que la faim svit toujours dans le monde : mme si l'inscurit alimentaire recule depuis un demi-

    sicle (13 % des habitants de la plante sont sous-aliments contre 37 % au dbut des annes 1970), la

    sous-nutrition concerne encore 854 millions de personnes sur notre plante.

    La chimie doit prendre toute sa place dans cet effort de production et de prservation de ressources

    alimentaires suffisamment abondantes et saines pour nourrir lhumanit et contribuer donner du

    plaisir bien manger.

    Ce sujet est constitu de trois parties :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Nutrimenthttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sainhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prot%C3%A9inehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fruithttp://fr.wikipedia.org/wiki/L%C3%A9gumehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Vitaminehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Oligo-%C3%A9l%C3%A9menthttp://fr.wikipedia.org/wiki/Empreinte_%C3%A9cologiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sous-alimentation

  • 2

    Partie A Chimie inorganique : Le rle de lalimentation lors de leffort sportif.

    Partie B Chimie organique : Les additifs et armes alimentaires.

    Partie C Gnie chimique : De lamidon au lactate dthyle.

    PARTIE A

    CHIMIE INORGANIQUE

    LE RLE DE LALIMENTATION

    LORS DE LEFFORT SPORTIF

    Donnes 298 K :

    pKA de diffrents couples acido-basiques :

    pKA1 (H2O,CO2/HCO3-) = 6,4 pKA2 (HCO3

    -/CO3

    2-) = 10,3

    Acide phosphorique (H3PO4) : pKA1 = 2,1 pKA2 = 7,2 pKA3 = 12,4

    Acide citrique, not AH3 : pKA1 = 3,1 pKA2 = 4,8 pKA3 = 6,4

    Zone de virage du vert de bromocrsol : HInd(jaune)/Ind- (bleu) : 3,8 - 5,4

    Couples doxydo-rduction :

    I3-(aq)/I

    -

    (aq)

    Cu2+

    (aq)/Cu2O(

    s)

    C6H11O7-(aq)

    /C6H12O6(aq)

    ion gluconate / glucose

    Fe3+

    (aq)/Fe2+

    (a

    q) MnO4

    -(aq)/Mn

    2+(aq)

    Extrait du tableau priodique :

    lment Hydrog

    ne Carbone Oxygne

    Phosphor

    e Sodium Chlore Cuivre

    Symbole H C O P Na Cl Cu

    Masse molaire

    en g.mol-1

    1,0 12,0 16,0 - 23,0 35,5 63,5

    Numro atomique - - - 15 11 - -

    Capacit thermique du calorimtre ou valeur en eau : = 150 J.C-1

    Capacit thermique massique de leau liquide : Ceau = 4,18 J.g-1

    .C-1

    Le sujet comporte de nombreuses questions pouvant tre traites indpendamment les unes

    des autres.

  • 3

    5

    4

    3 2

    1

    OH

    OH

    H

    H

    OHH

    OH

    6CH2OH

    H5

    4

    3 2

    1

    O H

    OH

    H

    OHH

    OH

    6CH2OH

    H

    O

    H

    H2O

    5

    4

    3 2

    1

    OH

    OH

    H

    OH

    H

    OHH

    OH

    6CH2OH

    H5

    4

    3 2

    1

    O H

    OH

    H

    OHH

    OH

    6CH2OH

    H

    OH

    H

    liaison -1,4glucosidique

    -D glucose -D glucose

    Premire partie : lalimentation, source dnergie avant leffort

    Avant de pratiquer un effort sportif, il est indispensable de prparer lorganisme en

    lhydratant suffisamment et en lui apportant les nutriments essentiels, en particulier sous

    forme de sucres lents, de sucres rapides, de vitamines et doligo-lments.

    Pour viter que le processus de digestion nentre en comptition avec les activits respiratoire

    et musculaire, nous proposons danalyser leffet de lapport nutritionnel dune collation lgre

    constitue de pain et dune orange, consomme une heure avant la pratique de lactivit.

    1. Analyse du pain

    Le pain apporte des protines (< 10 %), des lipides (< 2 %), des sels minraux et des

    vitamines mais surtout des glucides sous la forme damidon. Lors de la digestion, lamidon

    est hydrolys, en milieu acide, sous laction denzymes : lamylase qui le transforme en

    maltose puis la maltase qui le transforme en glucose, directement assimilable par lorganisme.

    Le maltose, qui est un produit intermdiaire de lhydrolyse de lamidon, est constitu de deux

    molcules de glucose relies par une liaison -1,4 glucosidique.

    Lhydrolyse de lamidon en glucose peut tre galement ralise au laboratoire, en se plaant

    en milieu fortement acide.

    Mode opratoire : 1,0 g de poudre damidon est dissous dans 100 mL deau. Lensemble est

    port bullition pendant 2 min : on obtient ainsi une solution dempois damidon.

    * On introduit dans un tube essai 5 mL de la solution dempois damidon et 0,5 mL dune

    solution dacide chlorhydrique 6 mol.L-1

    . (solution (1))

    * On introduit de mme dans un autre tube 5 mL de la solution dempois damidon avec un

    comprim constitu d -amylase. (solution (2)) * On introduit enfin dans un 3

    me tube 5 mL de la solution dempois damidon et 0,5 mL

    dune solution dacide chlorhydrique 6 mol.L-1

    laquelle on ajoute une solution de diiode

    dans liodure de potassium. (solution (3))

    Ces trois tubes sont chauffs pendant 30 min au bain-marie.

    On ralise une CCM sur gel de silice des solutions (1), (2), dune solution de glucose et dune

    solution de maltose en utilisant comme luant un mlange de butan-2-one, dacide thanoque

    et de mthanol (60 % / 20 % / 20 % respectivement). On rvle les taches laide dun

    mlange extemporan (cest dire ralis au moment de lemploi par lutilisateur) volume

    gal dune solution de permanganate de potassium (KMnO4) 2 % et dune solution de

    carbonate de sodium (Na2CO3) 4 %.

  • 4

    OO

    OHHO

    OH

    HO2 H+ + 2 e- + acide dhydroascorbique

    1.1. Comme tenu des informations donnes prcdemment quelle(s) molcule(s) doit-on

    trouver

    - dans la solution (1) ?

    - dans la solution (2) ?

    Justifier les rponses.

    1.2. L -amylase est une enzyme. Quel est son rle dans le processus mis en jeu ?

    1.3. Dans la solution (3), quelles sont la nature et la couleur du produit qui se forme lors de la

    raction entre lamidon et la solution de diiode dans liodure de potassium ?

    1.4. Pour quelle raison ajoute-t-on des ions iodure dans la prparation de la solution aqueuse

    de diiode ?

    1.5. Justifier lappellation de sucre lent donne lamidon.

    2. Dosage du glucose apport par le jus dune orange

    Le jus dorange prsente lavantage dapporter des sucres : du saccharose, du fructose, du

    glucose mais galement de la vitamine C. La collation est constitue dun verre de jus

    dorange dun volume gal 20,0 mL.

    2.1. Dosage de la vitamine C par iodomtrie

    La vitamine C permet, en particulier, llimination des radicaux libres produits lors de leffort

    et responsables de souffrances physiologiques : courbatures, blessures musculaires,

    vieillissement prmatur

    Mode opratoire : une prise dessai E1 = 20,0 mL de jus dorange, de concentration molaire

    C1 dterminer, place dans un erlenmeyer, est dose par une solution aqueuse de diiode dans

    un excs diodure de potassium. La concentration molaire du diiode est

    C2 = 5,00 10-3

    mol.L-1

    . Lquivalence est obtenue pour un volume vers V2 = 14,2 mL.

    2.1.1. Proposer un indicateur de fin de raction pour cette raction de dosage.

    2.1.2. crire la demi-quation doxydo-rduction correspondant au couple I3-/I

    -.

    On indique que la demi-quation doxydo-rduction pour la vitamine C (ou acide ascorbique)

    est la suivante :

    2.1.3. crire lquation de la raction support du dosage.

    2.1.4. Donner lexpression littrale de C1 en fonction de E1, C2 et V2. Faire lapplica