*

*

*

CORRECTION BAC BLANC 2020

Ex n° 1 : DE LA BETTRAVE SUCRIÈRE AUX CARBURANTS (10 points)

PARTIE A : LA BETTERAVE SUCRIÈRE :

1. Étude de la structure du saccharose

1.1.

0,25 groupes entourés

0,25 + 0,25 pour les 2 noms des groupes (ou nom

classe fonctionnelle)

1.2

Un carbone asymétrique est un carbone relié à quatre atomes ou groupes d’atomes

différents.

Le D-glucose possède 4 atomes de carbone asymétriques repérés par un astérisque *.

0,25 pour la formule développée (tout ou rien)

0,25 pour les 4 C* (tout ou rien)

1.3. Les flèches courbes représentent des transferts de doublets d’électrons, elles sont orientées d’un site

donneur de doublets vers un site accepteur de doublets. 0,25

1.4.

OH

H H C

H O H C

H H O C

H O H C

H H O C

O C H

*

*

*

*

2×0,25 (0,25 par flèche)

1.5. Le spectre infrarouge présente 2 pics l’un vers 2900 cm-1, caractéristique des liaisons C-H ; l’autre vers

3300 cm-1, caractéristique des liaisons O-H liées.

On note surtout l’absence d’un pic d’absorption entre 1650 et 1750 cm-1 caractéristique du groupe carbonyle C=O présent dans la forme linéaire du D-glucose. 0,5 Le D-glucose est donc soit absent, soit présent en très petite quantité, il est donc bien minoritaire. 1.6. Des stéréoisomères possèdent la même formule semi-développée, or ici le groupement carbonyle C=O du D-Glucose est sur le premier atome de carbone alors que dans D-Fructose il se trouve sur le deuxième atome de carbone. Ces 2 molécules ne sont pas des stéréoisomères. 0,25 si justifié 1.7. Le α-(D)-glucose et le β-(D)-glucose sont des stéréoisomères : ce sont des diastéréoisomères car ils ne sont pas identiques et ils ne sont pas images l’un de l’autre dans un miroir plan. 0,25 + 0,25 si justifié 2. Du saccharose au bioéthanol

2.1. éthanol : CH3–CH2–OH 0,25

2.2. Les 2 spectres présentent 3 signaux correspondant à 3 groupes de protons équivalents, il faut

regarder la multiplicité des signaux pour déterminer quel spectre appartient à l’éthanol. 0,25

Le spectre de l’éthanol contient un singulet provenant du proton du groupement -OH. 0,25

Les 3 protons de CH3- ont 2 atomes d’hydrogène voisin et donnent un triplet.

Les 2 protons de -CH2- ont 3 atomes d’hydrogène voisins et donnent un quadruplet.

Seul le spectre 2 possède un singulet, un triplet et un quadruplet : c’est donc le spectre de l’éthanol. 0,25

2.3. On détermine d’abord la masse de saccharose présente dans 1,25 kg de betterave :

On utilise la donnée « 30 g de betterave … on recueille 5,8 g de saccharose ».

Ainsi par proportionnalité 30 g de betterave 5,8 g de saccharose

1,25×103 g de betterave ms g de saccharose

31 25 10 5 8

30s

, ,m

= 241,67 g de saccharose valeur non arrondie stockée en mémoire

mS = 2,4×102 g de saccharose (2 chiffres significatifs) 0,25 pour msaccharose

- Puis on détermine la quantité de matière de saccharose correspondant :

OR nS = mS / MS = 2,4×102 / 342,0 = 0,70 mol de saccharose 0,25

- Puis on détermine la quantité de matière d’éthanol produit en utilisant l’équation de réaction :

D’après l’équation de la réaction supposée totale, la consommation d’ 1 mole de saccharose C12H22O11

conduit à la formation de 4 moles d’éthanol donc : ne = 4×nS = 4×0,70 = 2,8 mol d’éthanol formé 0,25

et me = ne × Me = 2,8× 46,0 = 1,3 ×102 g d’éthanol formé (2 chiffres significatifs) 0,25 pour calcul méthanol

PARTIE B : LE VERT DE BROMOCRÉSOL 1. Détermination de la constante d'acidité du vert de bromocrésol par pH-métrie.

1.1. Couples HInd / Ind- et H3O+ / H2O 0,25

L’eau est donc une base 0,25

1.2. xf = nf(H3O+) 0,25

or xf = [H3O+] × V = 10–pH×V

soit xf = 10–4,2 × 100,0×10-3 = 6,310–6 mol 0,25 avec unité correcte

1.3. Exprimons d'abord l'avancement maximal xmax de la réaction.

Si HInd (réactif limitant) est totalement consommé alors HIndn – xmax = 0 soit c×V – xmax = 0 0,25

xmax = c×V = 2,9×10-4×100,0×10-3 = 2,9.10-5 mol 0,25

0,25

Or xf < xmax donc la réaction est limitée, c’est pourquoi on a le symbole de la double flèche dans la

réaction chimique. 0,25

1.4 pKA = – log KA = – log (1,8×10-5) = 4,7 0,25

1.5 Tracer le diagramme de prédominance en plaçant pH = 4,2

ou préciser que pH = 4,2 : or pH < pKa alors l’espèce acide HInd prédomine 0,25

2. Détermination de la constante d'acidité du vert de bromocrésol par spectrophotométrie.

2.1. Loi de Beer-Lambert : A = ɛ×ℓ×C (avec l en cm, c en mol.L-1, en L.cm-1.mol-1 et A sans unité) 0, 5

2.2 Les deux conditions sont :

- L’absorbance doit être maximale afin

d’obtenir une meilleure précision pour la

base Ind- 0,25

- L’absorbance doit être nulle pour l’autre forme :

la forme acide HInd. 0,25

- On réglera donc le spectrophotomètre sur une

longueur d'onde λ voisine de 630 nm. 0,25

2.3. KA = 3 ( )

( )

.aqf f

aq f

H O Ind

HInd

0,25

2.4. pH = pKA + log ( )

( )

aq f

aq f

Ind

HInd

Quand les concentrations [Ind-] et [HInd] sont égales, la relation devient pH = pKa 0,25

Donc avec la courbe, le point d’intersection correspond à [Ind-] = [HInd] à pH = 4,9 donc pKA = 4,9 0,5

= 630 nm

pH 0 4,7 14 HInd

prédomine

Ind –prédomine

pKA

Exercice 2 : Diffraction (5 points)

1.1 Une onde peut être transversale. C’est le cas d’une vague qui se propage à la surface d’un liquide. 0,25 + 0,25

Une onde peut être longitudinale. C’est le cas du son. 0,25 + 0,25

2.1 Il s’agit du caractère ondulatoire de la lumière par analogie avec les ondes qui elles aussi donnent lieu à des

figures de diffraction. 0,25

2.2 Le phénomène de diffraction est d’autant mieux observable que la taille de l’ouverture est petite face à la

longueur d’onde de la lumière. 0,25

2.3 La périodicité temporelle correspond à la période T, qui s’exprime en secondes. 0,25

La périodicité spatiale correspond à la longueur d’onde , qui s’exprime en mètres. 0,25

2.4 c = 0

0T

or f0 =

0

1

T c = 0.f0 0,50

f0 = 0

c

0 =

8

9

3 10

532 10

= 5,64×1014 Hz 0,25

3.1 = a

0,25

3.2 D’après la relation précédente : a =

et = L/2D a =

2D

L L

2D

0,50

a = 2x 200.10-2x532.10-9 = 79 µm

2,7.10-2 = 8,0×10-5 m 0,25

3.3

(U(a) /a ) =racine [ ( 1/532)² + ( 1/200 )é + (0,2/2.7)²] = 7,4.10-²

U(a) = 79x7,4.10-² = 6 µm.

Donc a = 79 ± 6 µm. 0,50

= | 79 - 80 | x 100 = 1 % 0,50 3.4 Ecart relatif :

80

3.5 Sources d’erreurs possibles : la visualisation de la tache centrale, les mesures avec le mètre ou la règle, une

erreur dans la mise en place du protocole. 0,25

Exercice III : Au concert /20

1. Sons et musique

1.1.1. Le diapason fournit un son pur (sinusoïdal) : ce qui correspond au document 1. La guitare fournit

un son complexe (périodique mais non sinusoïdal) : associé au document 2.

1

1

1.1.2. Document 1 Diapason

Document 2 Guitare

Échelle du document : 10 ms 7,2 cm

Mesure : 4T→ 6,6 cm

T = (106,6)/(47,2) = 2,3 ms 2

f = 1/T : f = 1/2,310-3 donc f = 4,4102 Hz 2

Échelle du document : 10 ms 7,5 cm

Mesure : 4T→ 6,8 cm

T = (106,8)/(47,5) = 2,3 ms 1

f = 1/T : f = 1/2,310-3 donc f = 4,4102 Hz 1

4

+

2

1.1.3. La fréquence fondamentale du son traduit sa hauteur. 1

1.2.1. Les différents pics correspondent aux fréquences des harmoniques qui composent le son. Le premier pic

est le fondamental (ou harmonique de rang 1) de fréquence f1 = 4,4102 Hz 1

Les pics suivants sont les harmoniques (de rang 2, 3, 4 ..) du son produit par l’instrument dont les fréquences

sont des multiples de f1, telles que fn = n×f1 avec n entier positif 1

2

1.2.2. Le profil spectral caractérise le timbre du son musical produit par l’instrument. 1

1.2.3. Le diapason produit un son pur donc le

spectre a un seul pic : le fondamental dont la

fréquence est de 4,4102 Hz donc environ

440 Hz. (L’amplitude relative est prise à 1 puisqu’il

n’y a qu’une seule fréquence.) 1

1

+

1

2. Autres phénomènes sonores

2.1. L’analyse du spectre de la cloche (document 5) montre une fréquence fondamentale à environ 130 Hz et

des composantes de fréquences 260 Hz, 300 Hz, 340 Hz, 520 Hz et 600 Hz.

f1 = 130 Hz → la note produite est un Do2 de fréquence théorique 130,8 Hz.

1

2.2. Le son produit contient les harmoniques 2 et 4 (f2 = 260 Hz, f4 = 520 Hz),

Les pics à 300 Hz, 340 Hz et 600 Hz ne correspondent pas à des multiples de f1 = 130 Hz

La formule proposée fn = n×f1 ne semble pas s’appliquer à la cloche.

2

3. Intensité acoustique et niveau sonore

3.1. L = 10 log

I

I0 donc

II0

= ( / )1010 L ainsi I = I0. ( / )1010 L - Pour la guitare, il vient : I = 10 –12 × 10

62/10

donc : I = 1,6×10 – 6 W.m–2

1

3.2. Les intensités acoustiques sont additives, pas les niveaux sonores (la valeur 252 dB est à écarter).

Le niveau total doit être supérieur au niveau sonore le plus élevé donc Ltotal > 65dB

La seule valeur correcte est 69 dB

On peut également mener le calcul : Itotal=Iguit.+Ipercu+Iflûte+Ichant = 1,6×10 – 6 + 3,2×10

– 6 + 1,3×10

– 6 + 2,5×10

– 6 =

8,6×10 – 6 W.m–2

Ltotal = 10 log

Itotal

I0 = 10 log

8,6.10

– 6

10 –

12 = 69 dB.

2

4 T 4 T