Physique-Chimie-Electricité méca

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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
Session 2011
Épreuve :
PHYSIQUE – CHIMIE – ÉLECTRICITÉ
Partie :
MÉCANIQUE – FLUIDIQUE - CHIMIE
Série
SCIENCES ET TECHNOLOGIE DE LABORATOIRE
PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET
DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Durée de l'épreuve : 3 heures coefficient : 5
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Le sujet comporte 8 pages.
LE CANDIDAT COMPOSERA LA PARTIE CHIMIE ET
LA PARTIE MÉCANIQUE SUR DEUX COPIES SÉPARÉES

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Partie Chimie : Alcoolémie, taux et conséquences médicales (8 points)
En France, la consommation excessive d’alcool est un problème de santé
publique, directement ou indirectement responsable de 45 000 décès par an
(maladies, accidents de la route, …). L’étude qui suit comporte trois
parties indépendantes :
• Etude de la cinétique d’absorption de l’alcool,
• Détection de l’alcoolémie d’un conducteur,
• Conséquences médicales.
Données :
• Masse molaire de l’éthanol : M(C
2
H
6
O) = 46,0 g. mol
-1
Espèce chimique C
2
H
6
O Cr
2
O
72-
C
2
H
4
O
2
Cr
3+
Couleur en
solution aqueuse incolore orangé incolore vert
• Loi de décroissance radioactive : A(t) = A
0
× e
-λ
λλ
λt
où A(t) représente l’activité à
la date t, A
0
l’activité initiale et λ la constante radioactive du radioélément
considéré.
• Période radioactive du thallium 201 : T = 73 h.
A. Cinétique d’absorption de l’alcool (2 points)
Le passage de l’alcool (C
2
H
6
O) de l’estomac dans le sang se modélise de la
manière suivante : C
2
H
6
O
estomac
→
→→
→ C
2
H
6
O
sang
. On considère que l’estomac a un
volume constant noté V
E
. On mesure la concentration C
1
de l’éthanol dans
l’estomac en fonction du temps (voir ANNEXE CHIMIE p.4).
1. On exprime la vitesse v
1
de disparition de l’alcool dans l’estomac comme
l’opposé de la dérivée de C
1
par rapport au temps : v
1
= - dt
dC
1
.
Préciser l’unité et le signe de v
1
.
2. Comment peut-on déterminer graphiquement cette vitesse à un instant
donné ?
3. Préciser, sans calcul, comment évolue cette vitesse au cours du temps.
Quelle en est la raison ?
On considère que le volume sanguin noté V
L
est constant. On appelle C
2
la
concentration de l’éthanol dans le sang, v
2
la vitesse d’apparition de l’alcool dans
le sang v
2
= dt
dC
2
. Les deux vitesses v
1
et v
2
sont liées : V
E
× v
1
= V
L
× v
2
.
4. En déduire l’effet de l’alcool sur une personne de faible corpulence (V
L
petit)
par rapport à une personne de plus grande corpulence (V
L
grand).
Expliquer votre raisonnement.

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B. Contrôle d’alcoolémie d’un conducteur (4 points)
Le contrôle d’alcoolémie consiste à déterminer le taux d’alcool dans le sang.
En France ce taux ne doit pas dépasser 0,50 g par litre de sang pour un
conducteur. Pour mesurer la quantité d’alcool (éthanol) dans un échantillon de
sang prélevé sur un individu, on décolore le sang, puis on réalise le dosage de
l’éthanol C
2
H
6
O présent dans le sang par une solution aqueuse de dichromate de
potassium (2K
+
, Cr
2
O
72-
) en milieu acide selon la réaction chimique suivante :
3 C
2
H
6
O + 2 Cr
2
O
72-
+ 16 H
+
→
→→
→ 3 C
2
H
4
O
2
+ 4 Cr
3+
+ 11 H
2
O
On dose un volume V
s
= 2,0 mL de sang décoloré, par une solution de dichromate
de potassium de concentration C
d
= 2,0 × 10
-3
mol. L
-1
. L’équivalence est obtenue
pour un volume V
d
= 8,1 mL de solution de dichromate de potassium versée.
1. Faire un schéma légendé du dispositif expérimental.
2. Par quel changement de couleur repère- t- on l’équivalence ?
Justifier à l’aide des données.
3. Ecrire la relation entre la quantité de matière d’éthanol n
s
introduit et la
quantité de matière d’ions dichromate n
d
versés à l’équivalence.
4. En déduire que la concentration de l’éthanol dans le sang est donnée par la
relation :
s
dd
s
V2 VC3
C=
==
= . Calculer la valeur de cette concentration C
s
.
5. Calculer la quantité de matière n
0
d’éthanol qui serait contenue dans un
volume V
0
= 1L de sang. En déduire la masse m
0
d’éthanol dans ce litre de
sang. L’individu est-il en infraction ?
C. Scintigraphie d’un myocarde (2 points)
Boire trop d’alcool peut, à long terme, faire augmenter la tension artérielle et
provoquer des maladies cardiovasculaires.
La scintigraphie du cœur est un examen de médecine nucléaire qui permet de très
bien évaluer l’irrigation du muscle cardiaque. Cet examen consiste à injecter par
voie intraveineuse un produit radioactif, le thallium 201, qui se fixe au niveau du
cœur. Quelques minutes après l’injection, des images sont visualisées.
1. Donner la composition du noyau de thallium 201 : Tl
201
81
.
Le noyau de Thallium 201 se transforme en noyau de mercure Hg
201
80
.
2. Ecrire l’équation de cette réaction nucléaire en justifiant.
De quel type de radioactivité s’agit-il (α, β
+
, β
-
) ?
3. Définir en une phrase la période radioactive.
On considère que le patient n’est plus radioactif lorsque l’activité du
thallium est inférieure à 25 % de son activité initiale. Au bout de combien de
temps est-ce le cas ? Justifier (deux méthodes possibles).

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ANNEXE CHIMIE
Evolution de la concentration C
1
d’éthanol dans l’estomac en fonction du temps.
C
1
(mol.L
-
1
)
t (min)

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Partie Mécanique/Fluidique (12 points)
A - Etude d’une catapulte moyenâgeuse (6 points)
Illustration : Alphonse Marie de Neuville dans le livre «L’Histoire de France depuis les temps les plus reculés
jusqu’en 1789 » par François Guizot, 1883
Un chroniqueur anonyme raconte la mort du Comte Simon de Montfort lors du
Siège de Toulouse le 25 juin 1218 :
« … et la pierre arriva tout droit où il fallait,
si bien frappa le Comte à son heaume d’acier (…)
le front et la mâchoire elle fit éclater,
à terre il tomba mort livide ensanglanté… »
La pierre qui atteignit le comte avait été lancée par une catapulte placée sur les
remparts de la ville. Il s’agit dans ce problème d’étudier le fonctionnement de cette
catapulte, appelée Bricole. La Bricole est donc une machine de guerre médiévale
constituée d’un balancier au bout duquel se trouve une fronde. La fronde est faite
d’une corde reliée à une poche contenant le projectile à lancer. A l’autre extrémité
du balancier se trouve un contrepoids en bois.
Le modèle étudié est représenté page 6. On choisit le sens horaire comme sens
positif de rotation autour de l’axe (∆
∆∆
∆) .On note S le système en rotation constitué
du balancier, du contre poids et du projectile. Sa masse est : m = 350 kg
La masse du projectile est négligeable devant celle du contre poids et du
balancier. On négligera la contribution du moment d’inertie du projectile dans le
moment d’inertie du système.