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OH O Terminale S Programme 2012 EXERCICE I : L’HUILE D’OLIVE, MATIÈRE PREMIÈRE ET ALIMENT (9 points) 2015 Amérique du nord C’est par la pression de la pulpe d’olive provenant du broyage des olives, et par extraction de la fraction huileuse des autres composants solides et liquides, que sont produites les huiles d’olive. Les huiles d’olive « vierges » sont des huiles obtenues par procédés mécaniques ou d’autres procédés physiques, dans des conditions, thermiques notamment, qui n’entraînent pas d’altération de l’huile ; elles n’ont subi aucun traitement autre que lavage, décantation, centrifugation et filtration. Différentes catégories d’huile d’olive « vierge » existent en fonction de leur taux en acide oléique ; par exemple l’huile d’olive « vierge » extra, considérée comme la meilleure, comporte au maximum 0,8 g d’acide oléique pour 100 g d’huile. La qualité nutritionnelle et organoleptique dépend de la catégorie. Les principaux constituants des huiles végétales et des graisses animales sont des triglycérides d’acides gras (notés TAG). L’acide gras, majoritairement présent les TAG de l’huile d’olive est l’acide oléique ; il est formé lors de la dégradation de l’huile par hydrolyse. C’est l’acide gras, c’est-à-dire à longue chaîne, le plus abondant de l’organisme ; son nom vient de l’huile d’olive, mais il est aussi abondant dans les TAG des huiles végétales et de certaines graisses animales (graisses d’oie, de canard …). Il fait partie de la famille des acides gras oméga 9, acides mono-insaturés qui ont des effets bénéfiques reconnus contre les maladies cardio-vasculaires. L’huile d’olive peut être consommée à froid ou en friture et être utilisée pour la fabrication des savons. Données : - formule topologique de l’acide oléique : 1 Espaceagro.com Savon-de-marseille.com

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OH

O

Terminale S Programme 2012

EXERCICE I   : L’HUILE D’OLIVE, MATIÈRE PREMIÈRE ET ALIMENT (9 points) 2015 Amérique du nord

C’est par la pression de la pulpe d’olive provenant du broyage des olives, et par extraction de la fraction huileuse des autres composants solides et liquides, que sont produites les huiles d’olive.Les huiles d’olive « vierges » sont des huiles obtenues par procédés mécaniques ou d’autres procédés physiques, dans des conditions, thermiques notamment, qui n’entraînent pas d’altération de l’huile ; elles n’ont subi aucun traitement autre que lavage, décantation, centrifugation et filtration.Différentes catégories d’huile d’olive « vierge » existent en fonction de leur taux en acide oléique ; par exemple l’huile d’olive « vierge » extra, considérée comme la meilleure, comporte au maximum 0,8 g d’acide oléique pour 100 g d’huile. La qualité nutritionnelle et organoleptique dépend de la catégorie.

Les principaux constituants des huiles végétales et des graisses animales sont des triglycérides d’acides gras (notés TAG). L’acide gras, majoritairement présent les TAG de l’huile d’olive est l’acide oléique ; il est formé lors de la dégradation de l’huile par hydrolyse. C’est l’acide gras, c’est-à-dire à longue chaîne, le plus abondant de l’organisme ; son nom vient de l’huile d’olive, mais il est aussi abondant dans les TAG des huiles végétales et de certaines graisses animales (graisses d’oie, de canard …). Il fait partie de la famille des acides gras oméga 9, acides mono-insaturés qui ont des effets bénéfiques reconnus contre les maladies cardio-vasculaires.

L’huile d’olive peut être consommée à froid ou en friture et être utilisée pour la fabrication des savons.

Données :- formule topologique de l’acide oléique :

- masses molaires moléculaires :Macide oléique = 282 g.mol-1 Moléine = 884 g.mol-1 Msavon = 304 g.mol-1 ;

- masse volumique de l’huile d’olive : ρhuile d’olive = 0,92 g.mL-1 ;

- l’huile d’olive est miscible à un mélange d’éthanol et d’éther et elle est non miscible à l’eau ;

- taux d’acidité libre :Le taux d’acidité libre représente la proportion d’acides gras libres qui apparaissent lorsque les triglycérides de l’huile d’olive sont dégradés par hydrolyse. Ce taux est exprimé en « grammes d’acide libre pour 100 g d’huile ».

Type d’huile d’olive Taux d’aciditéHuile d’olive extra vierge ≤ 0,8%Huile d’olive vierge ≤ 2%Huile d’olive vierge courante ≤ 3%

1

Espaceagro.com

Savon-de-marseille.com

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R C O CH

CH2O

O

CRO

R C O CH2

OHO CH2

HO CH

CH2HO

O–

O

CR

Huile d’olive raffinée ≤ 0,3%D’après http://www.olivierdeprovence.com

1. De l’huile d’olive au savon

À partir des triglycérides d’acides gras (TAG) présents dans les huiles, il est possible de synthétiser des savons. Le savon de Marseille ® est fabriqué à partir d’huile d’olive et de soude ; ce savon est constitué d’oléate de sodium.

Le protocole de synthèse de ce savon au laboratoire est décrit ci-dessous :- verser 13,6 g d’huile d’olive (oléine) et 20 mL d’éthanol dans un ballon ;- ajouter 20 mL de soude à 10 mol.L-1 (en excès) ;- chauffer à reflux le mélange réactionnel durant 15 minutes environ ;- verser le mélange obtenu dans un bécher contenant 100 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium : le précipité obtenu est l’oléate de sodium.

Équation de la réaction de synthèse de l’oléate de sodium

3 + Na+ +

Oléine (TAG) Soude Oléate de sodium Glycérol

1.1. À quelle famille de fonction appartiennent les TAG ?

1.2. Compléter le protocole avec les étapes permettant d’obtenir un « pain » de savon utilisable en cosmétique.

1.3. Quel est le rendement de la réaction de synthèse du savon de Marseille ® au laboratoire sachant que 6,6 g de savon ont été obtenus en mettant en œuvre le protocole décrit ci-dessus ?

1.4. Mécanisme réactionnel de la synthèse d’un savon.Un mécanisme simplifié de la réaction de synthèse d’un savon est proposé sur l’ANNEXE à RENDRE AVEC LA COPIE.

1.4.1. Représenter les flèches courbes rendant compte du mécanisme des trois étapes. Justifier précisément l’orientation de ces flèches.

1.4.2. Pour chacune des trois étapes, indiquer la catégorie de la réaction.

2. Bénéfique pour la santé, l’huile d’olive ?

Des études réalisées par l’université de Bari (ville au sud de l’Italie) sur des populations âgées ont montré qu’une alimentation riche en acides gras mono-insaturés (tel que l’acide oléique) prévenait la dégradation de la mémoire et des fonctions cognitives. Selon sa catégorie, l’huile d’olive peut en être plus ou moins riche. Les qualités nutritionnelles et diététiques ne sont toutefois avérées que pour des huiles d’appellation « vierge » ou « extra vierge ».Le technicien d’un laboratoire d’analyse cherche à déterminer la catégorie d’une huile d’olive. Pour cela, il effectue les opérations décrites ci-après.

Dans un erlenmeyer de 250 mL, il verse Vethanol = (40 ± 1) mL d’éthanol et un volume Vether = (40 ± 1) mL d’éther éthylique. Ce mélange sert de solvant.Il ajoute dans un erlenmeyer un volume Vhuile = (20,0 ± 0,1) mL d’huile d’olive, puis quelques gouttes d’indicateur coloré.Il agite pour homogénéiser le mélange.

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Il ajoute progressivement au mélange contenu dans l’erlenmeyer une solution S de potasse alcoolique (hydroxyde de potassium, K+

(aq) + HO–(aq), en solution dans l’éthanol) de concentration molaire Cb = (1,00 ±

0,02) ×10–1 moL.L-1, contenue dans une burette.Il observe un virage de l’indicateur coloré pour un volume Ve de solution S d’hydroxyde de potassium versé égal à (10,4 ± 0,1) mL.

2.1. Analyse des opérations réalisées par le technicien.2.1.1. Pourquoi utilise-t-il comme solvant un mélange d’éthanol et d’éther alors qu’aucune de

ces espèces n’intervient dans la réaction du titrage ?

2.1.2. Les volumes d’huile et d’éthanol ont-ils été prélevés avec la même verrerie ? Justifier.

2.1.3. Le technicien du laboratoire doit-il prendre des mesures de précautions particulières ?

2.1.4. Quel type d’analyse le technicien a-t-il mis en œuvre ?

2.1. Exploitation de l’analyse.L’équation de la réaction intervenant entre l’acide oléique présent dans l’huile et les ions hydroxyde contenus dans la solution S est la suivante :

RCOOH + HO– RCOO– + H2O

2.2.1. Déterminer la masse ma d’acide oléique contenu dans le volume d’huile prélevé.

2.2.2. Donner un encadrement de la masse ma d’acide oléique contenu dans l’huile sachant que la valeur de l’incertitude U(ma) sur la masse est donnée par la relation :

.

2.2.3. En admettant que l’ordre de grandeur de la masse ma soit égale à 0,3 g, déterminer à quelle catégorie d’huile d’olive cette huile appartient.Présente-elle des atouts nutritionnels et diététiques ?

ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

Question 1.4.

Étape a)

Étape b)

Étape c)

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EXERCICE II : UN PEU DE CHIMIE CHEZ LES ABEILLES (5 POINTS) Asie 2016Les parties A et B sont indépendantes.

A. LA COMMUNICATION CHEZ LES ABEILLES

L’absence de détection des sons, le peu de sensibilité au toucher, et la déficience de la vue dans l’obscurité de la ruche sont remplacés chez l’abeille par des émissions chimiques comme les phéromones. Ces substances sont produites par tous les individus d’une ruche. La transmission du message chimique induit un changement de comportement des abeilles qui le perçoivent.

1. La phéromone mandibulaire de la reine

Cette phéromone est composée d’un mélange de 5 espèces chimiques. Une de ces espèces identifiée chez l’abeille domestique, et notamment chez la reine, est l’acide (2E)-9-oxodéc-2-ènoïque dont la formule semi-développée est représentée ci-dessous. Elle assure la cohésion de la colonie en commandant aux ouvrières de nourrir la reine, de la toiletter.

Acide 9-oxodéc-2-ènoïque

1.1. Recopier la molécule de l’acide 9-oxodéc-2-ènoïque, encadrer les groupes caractéristiques présents et nommer les familles des fonctions correspondantes.

1.2. La molécule d’acide 9-oxodéc-2-ènoïque possède deux stéréoisomères de configuration. Les représenter.

Une autre de ces espèces chimiques, l’acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque, de formule relativement semblable à la précédente, est émise lors du vol nuptial par la reine pour attirer les mâles.1.3. Le groupe caractéristique hydroxy étant OH, représenter l’acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque par

analogie avec l’acide 9-oxodéc-2-ènoïque.

1.4. La molécule d’acide 9-hydroxydéc-2-èneoïque présente deux types de stéréoisomérie de configuration. Justifier.

2. Phéromone d’alarme et phéromone d’attaque.

Une des phéromones d’alarme est l’heptan-2-one. Elle est émise, entre autres, quand un intrus s’approche de la ruche ou qu’une abeille est agressée. La réaction d’alerte est immédiate dans la colonie, mais de courte durée.

heptan-2-one

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La phéromone d’attaque est l’éthanoate d’isoamyle. C’est une espèce chimique volatile qui est produite par des cellules bordant la poche à venin. C’est pourquoi, si une abeille pique, les glandes sécrétant cette phéromone restent avec le dard et continuent à émettre le signal d’attaque.

éthanoate d’isoamyle

Pour distinguer ces deux phéromones, on peut avoir recours à la spectroscopie infrarouge.

Spectre IR n°1

Spectre IR n°2

Bandes d’absorption IR de quelques types de liaisons chimiques

Liaison OH Entre 3100 et 3500 cm-1 Bande forte et large

Liaison OH des acides carboxyliques Entre 2500 et 3300 cm-1 Bande forte et large

Liaison CH Entre 2900 et 3100 cm-1 Bande moyenne à forte

Liaison CH de CHO Entre 2650 et 2800 cm-1 Double bande moyenne

Liaison C=O Entre 1700 et 1800 cm-1 Bande forte

Liaison CO Entre 1200 et 1300 cm-1 Bande forte

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Ces spectres ne peuvent être distingués que grâce aux bandes d’absorption dont le nombre d’onde est compris entre 500 et 1500 cm-1.

2.1. Attribuer à chaque spectre la molécule de phéromone correspondante, en expliquant votre choix.

Le spectre RMN de l’éthanoate d’isoamyle est représenté ci-dessous. Il comporte :

- Un doublet à 0,9 ppm- Un quadruplet à 1,5 ppm- Un nonuplet (9 pics) à 1,8 ppm- Un singulet à 2,2 ppm- Un triplet à 4,1 ppm

2.2. Repérer et numéroter les groupes de protons équivalents de la molécule d’éthanoate d’isoamyle, comme débuté ci-dessous avec l’exemple du groupe n°1 et justifier que le spectre correspond bien à la phéromone d’attaque.

Spectre RMN de l’éthanoate d’isoamyle :

B. LE MIEL SOURCE DE NOURRITURE

Le miel est la substance naturelle sucrée produite par les abeilles Apis mellifera. On distingue principalement :

le miel de nectar : miel qui provient des nectars de plantes ; le miel de miellat : miel qui provient principalement d’excrétions d’insectes butineurs laissées sur les

parties vivantes de plantes ou de secrétions de parties vivantes de plantes.

Les normes alimentaires internationales spécifient que la teneur en sucres réducteurs (glucose, fructose) doit être au minimum de :

60 g pour 100 g pour les miels de nectar ; 45 g pour 100 g pour les miels de miellat.

On souhaite doser les sucres réducteurs d’un miel de sapin (miel de miellat) par une méthode spectrophotométrique en utilisant un indicateur de présence de sucres réducteurs, le DNS.

Données Le DNS ou acide 3,5-dinitrosalicylique présente une forme oxydée de couleur jaune qui réagit de la

même façon avec le fructose ou le glucose et se transforme en une forme réduite de couleur rouge. Le spectre d’absorption UV-Visible de la forme réduite du DNS présente un maximum d’absorption à

la longueur d’onde = 530 nm.

Protocole utilisé   : préparer des solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès ;

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mesurer l’absorbance A de solutions étalons de glucose dans une solution de DNS en excès à la longueur d’onde = 530 nm ;

réaliser 50,0 mL d’une solution S0, solution aqueuse de miel contenant 0,60 g de miel de sapin ; diluer 10 fois la solution S0 dans une solution de DNS en excès ; Soit S1 la solution obtenue.

Résultats expérimentaux.Absorbance de la solution S1 à la longueur d’onde = 530 nm

AS1 = 0,40.

Courbe d’étalonnage.

1. Expliquer pourquoi le DNS doit être introduit en excès.

2. Ce miel satisfait-il à la norme internationale ?

Exercice III : Synthèse du paracétamol (9 points) Centres étrangers 2014

Le paracétamol ou para-acétyl-amino-phénol est un antipyrétique, entre autres, synthétisé pour la première fois par Harmon Northrop Morse en 1878. Jusque-là les antipyrétiques étaient obtenus à partir de préparations réalisées avec des écorces de Cinchona ou de Saule. Le paracétamol découvert par Morse ne fut commercialisé qu’une cinquantaine d’années plus tard sous le nom de paracétamol.

Remarque   : Le genre Cinchona rassemble en vérité une vingtaine d’espèces d’arbres ou d’arbustes, tous originaires d’Amérique du Sud.

La synthèse du paracétamol peut être réalisée au laboratoire à partir du para-aminophénol et de l’anhydride éthanoïque. L’équation de la réaction de la synthèse est la suivante :

Les différentes phases d’un protocole de synthèse sont décrites ci-après :• Phase n°1 :Dans un erlenmeyer de 150 mL, introduire 2,7 g de para-aminophénol, 25 mL d’eau distillée, 2 mL d’acide éthanoïque pur prélevés à la pipette graduée, et un barreau aimanté. Adapter sur l’erlenmeyer un réfrigérant à air et plonger pendant 10 minutes dans un bain-marie à 80°C placé sur un agitateur magnétique chauffant.

• Phase n°2 :Ramener la solution à température ambiante puis, sous la hotte, enlever le réfrigérant à air et ajouter lentement 3,5 mL d’anhydride éthanoïque au mélange précédent.L’addition terminée, adapter le réfrigérant à air et placer à nouveau le mélange au bain-marie à 80°C

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pendant 10 minutes.

• Phase n°3 :Refroidir le mélange réactionnel dans un bain d’eau glacée et attendre la cristallisation complète. Amorcer le cas échéant, la formation du paracétamol solide à l’aide d’un agitateur en verre.Filtrer les cristaux sur Büchner (sous pression réduite).Rincer le solide avec un minimum d’eau glacée, puis le récupérer dans un erlenmeyer.

• Phase n°4 :Dans l’erlenmeyer contenant le solide, introduire au maximum 20 mL d’eau distillée et chauffer le mélange placé sur un agitateur magnétique chauffant jusqu’à dissolution complète du solide.Laisser refroidir lentement jusqu’à l’amorce de la cristallisation, puis la terminer dans un mélange eau-glace.Filtrer sous pression réduite les cristaux obtenus et les récupérer dans une coupelle.Sécher les cristaux dans une étuve à 80 °C, puis peser le solide obtenu.

• Phase n°5 :Éluant : mélange CHCI3 (chloroforme) et CH3OH (méthanol) ; 60/40 en volume. Échantillons :

1 mL d’éluant + une pointe de spatule de 4-aminophénol.1 mL d’éluant + une pointe de spatule de paracétamol synthétisé et purifié.1 mL d’éluant + une pointe de spatule de paracétamol du commerce.

Révélation sous UV ( = 254 nm)

Données :• Électronégativité (échelle de Pauling) de quelques éléments chimiques :

Numéro atomique Nom Symbole Électronégativité (Pauling)1 Hydrogène H 2,206 Carbone C 2,557 Azote N 3,048 Oxygène O 3,44

• Données physico-chimiques

Composé Aspect à 25°C et sous 105 Pa

Risques Solubilité dans l’eau

Temp. de fusion

en °C

Temp. d’ébullition

en °C

Masse molaire

eng.mol1

Para-aminophénol Solide blanc

8 g.L1 à 20°C33 g.L1 à 60°C85 g.L1à100°C

Solubilité accrueen solution aqueuse d’acideéthanoïque

186 284 109

Anhydride éthanoïque

Liquide incolore de

densité 1,08

Réagit avec l’eau en donnant l’acide

dont il est issu- 73 136 102

Paracétamol Solide blanc 10 g.L1 à 20°C 250 g.L1 à100°C

168 388 151

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Acide éthanoïque

Liquide incolore de densité 1,05

Très grande solubilité de 0 °C à

100°C17 118 60

Questions :1. Recopier, avec soin sur votre copie, les molécules de para-aminophénol et de

paracétamol, et entourer les groupes caractéristiques sur ces deux molécules. Préciser lesfamilles de composés qui leur sont associées.

2. Identifier, en justifiant votre réponse, les deux sites donneurs de doublets d’électronsprésents sur la molécule de para-aminophénol.

3. Le mécanisme simplifié de la réaction de synthèse du paracétamol peut être modélisé parles trois étapes représentées en page suivante :

3.1. Reproduire sur votre copie, l’étape n°1 de ce mécanisme et représenter la (ou les)flèche(s) courbe(s) qui rend(ent) compte de l’obtention de l’intermédiaire A. Justifier votreschéma.3.2. Indiquer la catégorie de chacune des réactions des trois étapes du mécanisme.

4. Un autre déplacement de doublets d’électrons pourrait intervenir dans l’étape 1 et produireun intermédiaire B différent de l’intermédiaire A.

4.1. Représenter ce déplacement de doublets d’électrons, en reproduisant sur votre copiecette première étape qui conduirait à l’intermédiaire B.4.2. À partir de cet intermédiaire B, et en supposant deux étapes analogues aux étapes 2 et3, donner la formule topologique du produit final E qui serait alors formé.

5. En réalité, seul le paracétamol est obtenu lors de la mise en œuvre de ce protocole de synthèse. Quelle propriété possède donc cette réaction entre le para-aminophénol et l’anhydride éthanoïque ?

6. Analyse du protocole expérimental.

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H

O

HC

CH3

CH3 CH3

+ C C

6.1. Donner un nom à chacune des cinq phases du protocole expérimental de synthèse misen œuvre au laboratoire.6.2. À l’aide de vos connaissances et des documents fournis, justifier le choix des techniques utilisées dans les phases 3 et 4 du protocole expérimental, en rédigeant untexte précis et concis.6.3. Déterminer la masse maximale de paracétamol qui peut être obtenue à partir du protocole expérimental mis en œuvre. Expliciter votre démarche pour la déterminer.

Exercice IV   : CHIMIE ORGANIQUE RELATIVISTE (7,5 points) Asie 2013 Dans un futur lointain, des lycéens d’un centre étranger, éloigné dans la galaxie, se rendent dans leur futur lycée après avoir passé leurs vacances d’été sur Terre. Ils s’aperçoivent qu’ils effectuent leur trajet en navette avec leur nouvel enseignant de sciences physiques. Pour passer le temps, celui-ci propose à ses futurs élèves de s’avancer dans le cours de terminale S.

Ils s’intéressent à la réaction chimique entre l’eau et le 2-chloro-2méthylpropane

On rappelle que dans le modèle de la représentation de Lewis, une liaison covalente est représentée par un trait entre deux atomes et qu’un doublet non-liant est représenté par un trait localisé sur un atome.

Les trois parties de cet exercice sont largement indépendantes entre elles. La première partie permet de trouver la nature de la réaction après une analyse de spectres IR et de RMN du proton, la seconde partie est une étude cinétique de la réaction, la troisième partie traite de la relativité restreinte.

1. Étude de la transformation chimique1.1. Préciser les polarités de la liaison C – Cl dans le 2-chloro-2-méthylpropane et des liaisons O-H dans l’eau, en utilisant les données d’électronégativité ci-dessous :

(H) = 2, 20 ; (C) = 2,55 ; (Cl) = 3,16 ; (O) = 3,44.

1.2. À l’aide des formules de Lewis de l’eau et du 2-chloro-2méthylpropane données précédemment, identifier les sites donneurs et accepteurs d’électrons pouvant être mis en jeu dans cette réaction.

1.3. La réaction chimique entre l’eau et le 2-chloro-2-méthylpropane peut conduire à deux produits par une substitution ou une élimination. Attribuer à chaque molécule représentée ci-dessous, le type de réaction en le justifiant.

Afin de connaître le produit de réaction formé, P1 ou P2, ses spectres IR et de RMN du proton sont effectués.

1.4. À partir du spectre IR fourni sur le document 1 de l’annexe 1, indiquer la présence ou l’absence de chaque groupe caractéristique mentionné dans le tableau ci-dessous.

Groupe O – H(1) C – H(2) C – H(3) C = C

Nombre d’onde(cm-1) 3200 - 3400 3000 - 3100 2810 - 3000 1620 - 1680

(1) Alcool avec liaisons H(2) C lié à une double liaison (3) C ayant quatre liaisons covalentes simples1.5. Identifier le produit de la réaction P1 ou P2 à partir du spectre de RMN du proton fourni en document 2 de l’annexe 1 et en utilisant éventuellement les résultats de la question 1.4.

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Proton C = CH2 C – O – H CH3 – C = C CH3 – C – O

Déplacement chimique (ppm) 4,5 à 6 0,7 à 5,5(1) 1,6 1,15 à 1,3

(1)La position du signal dépend fortement du solvant et de la concentration.

1.6. À partir des réponses aux questions 1.3 et 1.5, donner la nature de la réaction étudiée.

1.7. Justifier qualitativement que cette réaction puisse être suivie par conductimétrie.

2. Étude de la cinétique de la réaction

Deux mélanges eau / acétone sont étudiés à différentes températures. L’eau est ici en large excès, elle intervient donc comme solvant et comme réactif. Les conditions opératoires sont résumées dans le tableau ci-dessous :

Eau Acétone 2-chloro-2-méthylpropane

Température(°C)

Expérience A1 30 g 20 g 1,0 mL 25Expérience A2 30 g 20 g 1,0 mL 30Expérience A3 30 g 20 g 1,0 mL 40Expérience B 25 g 25 g 1,0 mL 40

Le mélange eau / acétone est introduit dans un bécher de 100 mL qui est placé dans un bain thermostaté. Lorsque la température à l’intérieur du bécher est stabilisée à la valeur désirée, une sonde conductimétrique est introduite puis 1,0 mL de 2-chloro-2-méthylpropane est versé dans le milieu réactionnel sous agitation. Au bout de quelques secondes, l’agitation est stoppée puis la conductivité de la solution est suivie au cours du temps à l’aide d’un système informatisé. La durée de l’acquisition est de 20 minutes pour chaque étude.

On suppose que :

(t) = K.x(t)

(t) représente la conductivité de la solution à un instant donné à laquelle a été retranchée la conductivité initiale de la solution, K est une constante qui va dépendre du mélange considéré et de la température et x(t) représente l’avancement de la réaction à un instant donné. Les graphes, placés sur l’annexe 1, représentent (t) en fonction du temps pour différentes conditions expérimentales.

2.1. En comparant les expériences A1, A2 et A3 et en justifiant brièvement, indiquer l’influence de la température sur la vitesse de la réaction.

2.2. En comparant A3 et B, indiquer l’influence de la proportion eau / acétone sur la vitesse de la réaction chimique. Justifier la réponse.

2.3. Définir le temps de demi-réaction.

2.4. Donner la valeur du temps de demi-réaction dans le cas de l’expérience A3.

3. Cinétique relativiste

On imagine que la réaction est réalisée dans la navette spatiale s’éloignant à une vitesse de v = 0,80.c de la Terre où c est la vitesse de la lumière dans le vide.

Les élèves enregistrent un temps de demi-réaction de 1000 s dans la navette. Un observateur terrestre peut aussi en déduire une mesure du temps de demi-réaction à l’aide d’un dispositif embarqué dans l’engin qui va envoyer un signal lumineux à deux balises fixes par rapport à la Terre, placées dans l’espace, et munies de deux horloges H1 et H2synchronisées. Un premier signal est envoyé au début de la réaction et un second lorsque le temps de demi-réaction est atteint. L’horloge H est fixe par rapport à la navette.

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3.1. Définir la notion de temps propre.

3.2. Indiquer les deux référentiels étudiés ici.

3.3. Donner les noms de tm et tp dans la relation tm = .tp.

3.4. Dans quels référentiels sont déterminés respectivement tm et tp ?

3.5. Quel est le nombre suffisant d’horloge(s) qu’il faut utiliser pour mesurer la durée tp ?

3.6. Sachant que , calculer , puis la durée inconnue.3.7. Comparer tm et tp. Commenter.

3.8. Citer une expérience réaliste qui permet d’observer ce phénomène.

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0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

4,0

3,5

4,5

5,0

5,5

6,5

6,0

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5

ANNEXE 1 À RENDRE ÉVENTUELLEMENT AVEC LA COPIE

Document 1

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3,10 3,00 2,90 2,80 2,70 2,60 2,50 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,80 1,70 1,6. 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80Déplacement chimique en ppm

Intensité relative

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Document 2

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