TSTL|Bac 2009 - Sujet et Correction Bac 2009

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE

SCIENCES PHYSIQUES

SESSION ^2OO9

Série : Biochimie - Génie biologique

Durée: 3 heures Coelficient : 4

L'emplai de toutes calculabices programnrahles, alphanumérique ou à écran graphique er^t autorisé

à condition

que leur fonctionneme

l soit autonofie et qu'il

ne

soit

pas

fait

^usage

d'implifia

te (circulaire N'99-186 du l6- 1

l'

^1999).

Dès que ce sujel rous est rcmis, assurez-.t'ous alu'il soit complet.

Ce sujet cornporte ⁹ pages nuhétotées de

f

^{à 9 dont ane page}

^I'atùexe.

Les données tuûhéùques sont indiquées à

lafin

de chaqae exercice,

Ce sujet hécessite l'utilis.ttion dtune feuille

^de

papiet ntillimélté qûi

sera

Jfounie ^au candidat

el à

rehdre

avec

la

copie.

Il

^est

râppelé âux candidâts que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision

des

râisonnements entreront pour une pârt importânte

dans

I'appréciâtion

des copies.

STL Biochitnie cénie

Biologique

Physiquc

-

^Chimie

REPtrRE :

9PYGBMEl/LRl

Page 1 sur o

Pour

l'étude de

certaiw

phénomènes luminew(,

les laboratoires de ^physiqLrc des

lycëes disposent

d'une lampe à rapeur de

mercure.

Celle-ci énet une lumière

pollchromLtLiqLte, c'est-à

dire

une lumière composée de plusieurs

rddiatiotls monochramatiques. Da s

^cet

exercice, ous nous

intéressons

à

^quelques

lfansitions électroniques concerndnl I'atome de

Le diagramne ci contre

représente queltlues niv,.tux

J'incrgfu J, I'dtùnrJ. m?huh.

Énerg

0 -0,90

-3,10 - 5.00 - 5,50

-tn4

E4

E1

A. PHYSIQUE

_T8

POINTS) l- LAMPE A VAPEUR DE MERCURE (/porzls)

1.

Émission

1.1.

Le

diagramme énergétique

sinplifié

de l'atome de mercure montre que cette ënelgie ne

peul

pas

prendre

'importe quelle wtleur.

Choisir parmi les trois âdjectifs

qùalilianl

l'énergie celui qui caractérise cette

patjcula

té :

(a)

absorbée

^(b)

quaûtifiée

(c) continue.

1.2-

L'une

des

radiations visibles

émises

pdr Ia lampe à

ttapeur

de

mercure correspond

à

Ia

trdnsition du ûi'reau d'énelgie Ea \iers le ûivedu d'éûergie 83. L.t |ariation

d'énergie corre[pondanle est

\otëe LE: Er, Et

1.2.a. Établfu la relation enhe la variation d'énergie

^tde

^{I'atome et la longueur}

^{d'onde 20,.}

de

la radiation émise.

1.2.b. Calculer la valeur de la longueur

d'onde ,1r,,

^{et en} déduire la coùleur associée à cette radiation.

1.3. Déterminer, d'après le diagramme énergétique, ia valeur de la plùs courte

longueù

d'onde de la radiation qùe peut émettre I'atome de mercure initialement dans l'état d'énergie

ta.

Préciser. en le

justifiart, _{à quel}

_domaine spectral,

ùltraviolet (U.V.), visible ou

infrarouge (LR.), appafi ient cette radiation.

2. Absorption

On considère un atoûe de mercure initialemenL ddns l'état.fôndamental d'éneryie Ea.

2.1.

Il

reçoit un photon d'ënergie

81616 =

^{1,0 eV.}

Ce photon

peuril

ôtre absorbé ^paù l'atome ? Justifier.

2.2.

Il

reçoiî un photon d'énergie Er;o1onz

:

_4,9 ell.

Quelle peut être L'interaction enke l'atome de me.cu.e ^{et ce} photoû ? Justil-rer.

STL Biochimie Génie

Biologique Physiquc

Chimie

REPERI

: 9PYGBNIE1/LR1

Page 2 sur 9

Doùnées ^:

Célérité de la llLrnière dans le vide : c = 3,00x 10 3

m.s

^I

Constante de Planck :

h:6,63

^x

10

^3aJ.s

1 eV

=

1,60x

10 ''

J

Energie associéc à une radiation :

E

=

I ^xv

^où

test

^{l'énergie dù photon}

et v

la fréqucnce de la radiation.

Tableau de correspondzmce des longueurs d'onde et des

couleus

^I

),

(el

_nm) 400-460 460-480 480-560 560-590 590-650 650-700

couleur

violet

bleu

vcfi

laune ^or?ùrge rouge

Donaines des

ordc.

clcctromagnét ^iq ue. :

:

c

? .9

-È

e. p,

\

|

I

^{Brochimie L,enic}

Biologiqr,e

Ph)

.iqu<

^a himie REPERE : 9PYGBMEl/LR1

Page

I

sur o

II- PRINCIPE

DU

HAUT-PARLEUR APPLIQUE A

UN

ECOUTI,UR ^(,1poiùs)

[.Jn ëcouteur

de lecteur MP3

est constitué

d'uû hdut-pa eur

électrodynamique

.le pctite tdille

intégré duns une coqtte praîectrice en plastique- Le haut-parleur comprcnd

ut dima

t permdfient et une bobine liëe ir une memhrane. Ld bobine esf mise

e moutenent

lorsqu'elle est alimentée

pat

u

coufdnl

électrique

;

ce mourement est ensuile hunsmis à lat membrane qui

produit

le son pa . _mise en Nibralioll de

I'air.

1.

Étude

de

l'âimânt permânent

Le cylindre central ^esî

l'un

des pôles de

l'aimant

et le cylinLlre extenle est I'aulre

pôle.]e I'aimanî

permanenL

Sur

la

Jigure

^(a)

fiurnie

^en

d

tlexe, on représente en deLx

poinls (:

_et

_{D le}

_l)ecteur

chûmp mc1<nétique É créé

par

I'aimant permunent.

Déduire du sens du champ magnétique

B

^la nature Nord ou Sud ^c1c chaclm des pôles (1) _et (2) de I'aiûrant indiqués suu 1a figure (a) de l'arlnexe. Expliquer.

2.

Étude

de la bobine

Une petite bobiûe électlique, de seclion circulaire, est siluëe aulour du cylindre central de l'aimant.

Le

fil

con,etituafit I'enroulement de

la

bobine

a

une

longueul L :

_{50,0 cm. On}

_alime

_te

_ld

_bobine

aNec un courant électrique continu d'ilxteûsité

I :

_15,0

_nA.

_Oû admet que

la yalew

_{du champ au}

niveau rle la

babi

^e est

B :

_{60,A mT.}

2.1.

Donner

le nom de la forcc F d'origine

électromagnétique

qui

s'exerce sur

un

conducteur parcorLru paf Lrlr courant ci

pla(c

dans un champ magnerique,4.

2,2. Pour

simplifier

la sihration on assimile une

portion

de la bobine à un conducteur

rectiligre

de longueur

/

parcouru pâr

un

oourant d'intensité

1et

placé dans

un clump

magnetique

E

^{selon Ia}

ligure (b).

2.2.a.

Indiquer

dans

le

cas général

la direction et le

scns de

la tbrce

électromagnétique.

2.2.b. Reproduire

le

schéma de

la ligure (b) foumie

^en annexe et

y

représenter

le

vecteur force

F

correspondânt. Quelle ^est alors I'action mécaniqùe de la bobine sur la membrane ?

2.3.

Exp

mer et calculer la valeur -Fr,r de la force résultante s'exerçarrl sur I'ensemble de la bobine.

3. Prodùction

du son

Dans

la

réalitë, lLl bobinc est alimentée en

cowant alternalif

avec des fréquences corrcspoûdanl ù celles perceptibles

par l'appareil auditif

humain.

3,1. Quelle conséquence cela ^a-1-i1 sùr le sens de la force électromagné1ique ?

3.2. En déduire la

mturc

du mouvement de I'ensemble

{bobine

^membrane}.

3,3.

En

s'appuyant sur

f introduction

de 1'exercice

et le

résultat précédent,

indiquer

commenl lc hâut-parleur produit les sons.

STL Biochimic Génie

Biologique Physique

Chimie ITJPERE :

9PYGBMEULRI

Pagc 4 sur q

B. CHIN{IE (12 POINTS)

III- ANAI,YSE D'UN DETARTRANT _POUR CAFETIERE

(6,5

points)

Lin dérattrant

paur

caJetière vendu en sachct dans

le

comnerce se présente

s.us

ld

f.rme

^tl'une

poudre bhnche ù base d'acide sulfàmique.

On souhaiîe

dëlerniner

le pourcentage mussique d'acide sulfarniq e

dt te

délurtranl_

Pour

cela, on

rëdlise un

rih'uge con(luctiméîrique

d'une solution

de détdrrrant

par

une solutioll titrée

d'hydrtnyde

de sodium.

L'acide sullitmique de./ôrmtle NHTSOTII est noté

lll ^par

sirnpli/ication dans rout

t

exercice.

1.

L'acide sulfamiquc

1.1. Donner 1a

déllnition

d'un acide selor Brônstcd.

L2. L'acide

sulfamique sc comporte comDle un acidc fort en solution aquellse.

Monher

que

- ^1e p,? d'uûe solutjon aqueuse d,acide sulfamique de

concenûalion

C-';

:5.00x

_10-r

mol.Ll estpFl ..

_2.3.

1.3. Ecdrc l'équatjon de la réaction de I'acide

sulfànique

avec l,eau.

Préciser le caractèrc total ou padiel de cefte transformation chimique.

2.

Préparatiotr

de lâ

solution

S de

détartrânt

On prépare un

volune I/s:

200,0

mL

de solution aqueuse S eû dissolvanl une masse

mr:

^{1,00 g cie}

poùdrc contenûe daûs un sachet de détarlrant.

Sur l'emballage du détaÉIanÎ,

il

est indiqué | <t. Déturtrunî à ba:e d'ctciLle

sllfitmique

l.-ritant

pour

tes yeux et tdPeau ù.

Parmi lcs trois

pictogramrnes ci-dessous,

quel est celûi qui, illustrant co dsque. figure

sur L'emballage ?

3.

Prépârâtion

de la solution Sô

d'hydroxyde

de sodium

Par dilution,

o1l prépare

un volume I// :

_100.0

_mL d unc solution

aqueuse 56

d'hydroxydc

de

sodiumdeconcentrationC/,:1,00x10rnuJ.L-l,apartirduncsolution.Sodeùoncentration

('o = 2,00

mol.l,''.

3.1. Clalculer le volume I/a de solution 56 à prélever.

3.2. Choisir, dans la listc suivarte, le matériel le plus adapté pour réaliser cette

dilution

:

- burctte graduée dc 25

mL

- éprouvettes graduées dc

l0

mL, 20

mL et

100 mL -

lioles

jaugées de 50

nri-.

100

mL

et 200

mL

- pipeltes graduées de

I lnl-

et 5 mL

,,.-

pilcttesjaugées _{de 5}

ml,,

10

mL

et 20

ml-

STL Biochinie Cénie

Biologique Physique

Chimic

REPERI

:

gPYGBMEI/LRl

^{Pâge 5 sul 9}

4.

Titragc condùctimétrique

Pour eflëduer ce titlage,

an

rcnplit

une

burefte gr.tdlie

de .eolution 56 d'hydroxyde de sodiunt (soutle

;

^Na'6n1

⁺

HO h,t) ^de concentlalion Ct

=

^{1,00x I tJt mol.L I .}

On

prélèw ull ralume

V"

-

^20,0

^nl,

de solution ^S de

dëlurtrdnt

(préparëe à Id queslion 2.) quc

I'txt

verse clans wr becher.

On ajoute

enrircn

^15A ml, d'edu distillée et on met le canlenu du becher ^sous

tqildtion

magnétique.

On

y

immerge [a cellulc d'un conductimètrc prëalablemenl étalonné.

On

y

rerse progressivenent

nillilite pal millilitrc

la solution d'hydroxytle de sodium et on relèt'e la valeur de la conductiNitë du nélaûge.

Lc

tableau ci-dcssous donnc Ia conductivité

o

clu mélange en

lbtction du volume

/7, de solution d'hydroxyde de

sodiun

versé.

Vn

(ml,)

0 I,t) 2,0 3,0 4.0 5"0 0.0 7.0 8,0 9,0

o

^(mS.cm_L ) 1)!1, 2.08 1,90 1,70

tt4 I,18

1,00 0.84

i/6 (n1)

10,0 I 1.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0

o

^(ms.cm

^')

^{0.66 0.66 0.76 0,86 0,91 1,04 1,1,+}

¹¹⁴

^1.32

,1.1. Ecrire l'éqùation de la réactioû de titrage.

,1.2. ConstrLrire,

sur papicr nillimétré, le

grâphe donnaot

l'évolution de la conductivité d

du méiange en fonction du

volume f,

de solution d'hydroxydc de sodiùm versé.

Eclrclles

:

^{dxe des abscisses}

: I

cm

ë

^1,0

^ml'

arte des ordonnées

; l ^cm ë

^0,10

^mS.cnl

4.3. Délemliner

gralbiqucment

la valeur du volume I/z de solLrlion d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence.

4.4.

on

souhaite déterminer le pourcentâge massique d'acide sullamiqùe dans le

détarta

^.

4.4.a.

A l'aide

des résultats du titrage, exprimer puis calcùler

la coûceltration

Cd en acide sulfamique de la solution S de détartant.

4.;t.b. Exprimer pùis calculer la masse

rn,

d'acide sulfamique présent dans l'échantillon dc poudre de masse

mp:

^{1,00 g pesée} pour préparer 1a solution S.

4.4.c. En déduire le pourcentage ^{en masse} d'acide sulfamique dans le détârlrant commercial.

Donnéc ^:

Masse molaire de

l'acide

suJfamiquc

:

^M

(NH;SO:II)

= M,t 11

:

_{97,1 g.mol} '

STL Biochimie Cénie Biologique

-

^{Physique Chimie}

RÈPER-E :

gPYCBMEl/LRl

IV. A

PROPOS

DE l,A CLASSIFICATION PERIODIQUE (15

porirls.)

l.

On considère

lrois

éléments chimiqltes :

- le héryllium

_aBe,

prîncipdlement plésent ddfis la nature

sous

forme

^d'oxydes

&tnt

le re?résentunt le plus précievx ett

l'ëfieruu.le

,

-

^{le chlore} 17C1, préscnt daûs

I'e.tudetner

et Ia croûte lerrestre sous.fôrme

d'ionchlorure;

- l'argon

rsAr, troisième constituant de l'utmosphère terrcstre enrolume.

1.1.

En

appliquant

la

règle

dc

rcmplissage des sorLs-couches atomiques (règle de Klechkovsky), donner la configuration électronique de chacùn des alomes ci-dessùs pris dans soû état fondamental.

1.2. Quels sont les ^ioms que les é1éments béry11ium et chlorc sonl susceptibles de former au cours de réactions chilniques ? Justifier.

1.3.

l,'élément

argon est présent dans

la

nature sous

lbûne

gazeuse

à l'état

atomique. Pourquoj celui-cj

n'a-t-ilpas

tcndance

à fomer de

liaisons chimiques avec d'autres éléments ?

2. On pft.rente ci-dessous un

cxlrail

de ld cldssilicLttion périadique, dile de Mendeleicr,,

lifiitée

a1ù

dix-huit

prcmiers

élë

^ents.

2.1. Indiquer la

colome

à laquelle oorrespondenl respectivenent les gaz nobles et les halogènes.

2.2.

Qucllcs informations

sur la configumtion

électroniqùe apporte

la

position (]igDc

et

colonne) d'un élément daûs lc tableau'?

3. Le diagrd me

ci-dessous

rcpÉsente l'érolution du rdlon abmique pour

quelques élélnenls chimiques ell.fonction du numéro atomique ^Z.

STL Biochimic Génie Biologique

- ^Physique

^Chimie

REPERE :

9PYGBMEl/LRl

Page 7 sur 9

3.1. Donner une explication à

la

brusque augmentation du myon atomique entre le néon Ne et le sodium Na.

3.2. Conrmenler

l'évolûtioû

du myon atomique cntre

lithium Li

et le néon Ne.

4.

L'élément

plomb

donne avec les éléme ts de

I'avant

dernière coloûne de

la classilicatiofi

des composés très peu solubles dans I'eau de formules respectives PbClz, PbIz et PbBr2.

On s'in1éresse au chlorure de plomb

(II)

de formule PbCl2 à l'état solide.

Or

prépare une solution sâturée de chlorure de

plomb (ll)

en dissoivant rù1e quantité

ma\imale

de chlorure de

plomb

solide dans de

l'eau

pure. Un titrage effectué à 25"C a permis de déterminer

la

concentration en jons chlorure :

1Cl7 :

_3,2

x

10'?rnol.L ^I.

4,1. En déduire Ia concentralion en

ioff

^plomb

^(Il) IPb'J

^{de la solutjon saturée.}

4,2. Exprimer puis calculer le produit de solubilité K, du chlortrre de plomb à 25"C.

STL Biochimie Génie

Biologique

Physique

-

^Chimie

REPERE | 9PYGBMEl/LR1

Page 8 sur 9

Annexe

1

PHYSIQT]E

II-

^{PRINCIPE DU} HAUT-PARLEUR APPLIQUE A UN ECOUTEUR

Fiqure (a) : haùt-parleur vu en coupe, de

profil

Pôle

(l)

Pôle (2)

Bobine ^enroulée autou ^du pôle cylindrique (2)

Fiqwe (b)

^| Coupe d'uoe portion rectiligne de avant du

plar.

soire dans laouelle le courant circule vels l'observateur situé en

mâgnétiqueB

Spire perpendiculaire au plan de ia feuille et parcourue pal ùn couranl circulant de

l'arière

vers

l'âvart

dLt plan de la

lèuille

Sll

^Biochimie uenie

Biulogique Ph).ique-

Clrimie REPERE :

gPYGBMEl/LRl

Vecteur

Page 9 sur 9