Bac Blanc 2 : Correction.

Bac Blanc 2 : Correction.
Exercice 1 : L’anesthésie, des prémices à nos jours.
Corrigé
Barème
Partie A : L’éther diéthylique
1
1.
Conditions Température Nom du produit
Catégorie de la réaction chimique
opératoires °C
1
300
éthylène
élimination
2
140
éther diéthylique
substitution
2.1. La température d’ébullition de l’éther est de 35°C à pression atmosphérique. L’éther s’évapore facilement. Il faut donc le recueillir dans la
glace.
2.2. Par contre, la température d’ébullition de l’éthylène (- 104°C) est trop basse pour le condenser dans le réfrigérant et il s’échappera sous forme
de gaz.
𝜌
×𝑉
2.3. 𝑛
= éthanol éthanol
éthanol
AN : 𝑛éthanol =
𝑀éthanol
0,81×25
46
0,5
0,5
1
= 0,44 mol
1
D’après l’équation, néther = × néthanol
2
𝑚éther = 𝑛éther × 𝑀éther =
0,44
𝑛éthanol
× 𝑀éther
2
AN : 𝑚éther = 2 × 74 = 16 g
2.4. La solution d’hydroxyde de sodium est basique et permet d’éliminer les traces d’acide.
2.5. L’éther étant moins dense que la phase aqueuse, il constitue la phase supérieure.
3.1.
L’oxygène possède deux doublets d’électrons, c’est le donneur. L’ion H+ est accepteur d’électrons.
Un doublet donneur de l’oxygène de l’éthanol attaque l’ion H+ accepteur.
Étape (a) :
CH3-CH2-OH + H+
0,5
0,5
1
CH3-CH2-OH2+
3.2. L’ion H+ est consommé lors de l’étape (a) et régénéré lors de l’étape (c). Ce n’est donc pas un réactif.
L’acide sulfurique est un catalyseur.
0,5
4.1
4.2
Le spectre IR 2 ne présente pas de large bande vers 3200-3700 cm-1 caractéristique du groupe OH.
C’est donc celui de l’éther et le spectre IR 1 celui de l’éthanol.
1,5
Pour la RMN, les protons de l’éthanol CH3-CH2-OH sont tels que :
CH3 : 2 voisins donc 2 + 1 = 3 pics donc triplet.
CH2 : 3 voisins donc quadruplet
OH : pas de voisin donc singulet
Pour l’éther, il n’y a plus le singulet. Donc le spectre RMN 1 est celui de l’éthanol et le spectre RMN 2 est celui de l’éther.
5.1.
0,5
Groupe carbonyle
Groupe amine
5.2.
Les molécules A et A’ n’ont pas la même configuration spatiale.
6.
La demi-vie d’élimination est la durée nécessaire pour que la moitié de la kétamine soit éliminée par l’organisme.
1
0,5
Exercice 2 : Bien isoler son logement. (5points)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Corrigé
Les campagnes de sensibilisation aux économies d’énergie sont centrées sur l’isolation des toitures car le document 1 nous montre que les pertes
énergétiques par le toit sont les plus importantes dans une maison, cela représente environ 30% des pertes.
La caméra embarquée capte un rayonnement électromagnétique, c’est donc le rayonnement thermique qui permet de réaliser les mesures.
La caméra filme les toits qui sont à température ambiante. Considérons que la température ambiante soit la température maximale tolérée soit 5°C
𝐴
2,9
(=278K), la loi de Wien nous permet de calculer la longueur d’onde émise par rayonnement par ce toit : 𝜆 = 𝑇 = 278 = 0,010𝑚𝑚 soit =1,0x10-5m. Le
document 5 nous permet de conclure que ces ondes émises sont des ondes infrarouges puisque 1,0x10-5m est compris entre 10-3 et 8x10-7.
Pour pouvoir réaliser des mesures, il faut qu’il ait un flux thermique appréciable. Le flux thermique dépend de la différence de température entre
l’intérieur et l’extérieur. Si la température extérieure est trop élevée, elle est proche de la température intérieure et le flux thermique est alors trop faible
pour conduire à des mesures significatives.
Les toits mal isolées présentent un flux thermique important en conséquence, la surface du toit reçoit plus d’énergie et présente donc une température
supérieure à la température extérieure. Le toit est chauffé par le système de chauffage de la maison.
D’après le document 3, on a 𝑅𝑡ℎ =
Δ𝑇
Φ
donc [𝑅𝑡ℎ ] =
𝑚
= 𝐾. 𝑊 −1. La résistance thermique
𝑊.𝑚−1 .𝐾−1 .𝑚2
|𝑇 −𝑇 |
|−1−16|
𝑅𝑡𝑜𝑖𝑡 = 𝑒𝑥𝑡 𝑖𝑛𝑡 =
= 1,0 × 10−4K.W-1
Φ
170×103
[Δ𝑇]
[Φ]
𝐾
𝑒
[𝑒]
= 𝑊 = 𝐾. 𝑊 −1 ou bien d’après le document 3, on a 𝑅𝑡ℎ = 𝜆𝑆 donc [𝑅𝑡ℎ ] = [𝜆][𝑆] =
Barème
0,5
0,25
0,75
0,5
0,5
0,5
s’exprime donc en kelvin par watt.
0,75
Pour diviser par 200 le flux thermique, il faut multiplier par 200 la résistance thermique. La résistance thermique du système R=Rtuile+Rlaine doit être
R=200x1,0x10-4=0,020K.W-1.
𝑒
La résistance thermique de la laine minérale ajoutée doit être Rlaine=R-RtuileR=0,020K.W-1 or d’après le document 3, on a 𝑅 = 𝜆𝑆 donc
𝑒 = 𝑅. 𝜆. 𝑆=0,020x0,040x100=0,080m soit 8cm. Il faudra poser une épaisseur de 8cm de laine de verre pour diviser par 200 le flux thermique.
0,5
0,75
Exercice 3 : Le LHC de Genève.
1
2
Corrigé
Les particules sont accélérées grâce à l’action d’une force électrique qui est proportionnelle à la charge de la particule et à la valeur du champ électrique
(f=|qE|) aussi, si la charge est nulle, la force électrique est nulle ainsi que l’accélération. Le dispositif ne pourrait pas accélérer un électron car la charge de
l’électron étant opposé à celle du proton, la direction de la force serait elle aussi opposé et l’électron serait ralenti et non accéléré.
On étudie le proton dans le référentiel terrestre.
Puisqu’on néglige le poids du proton, la seule force s’exerçant sur le proton est la force électrique 𝐹⃗ . L’application de la deuxième loi de Newton au proton
𝐹⃗
𝑒𝐸⃗⃗
conduit à 𝑚𝑎⃗ = 𝐹⃗ soit 𝑎⃗ = =
Barème
On sait que l’on obtient la vitesse en dérivant la position donc les coordonnées du vecteur vitesse sont les dérivées de celles du vecteur position soit 𝑣𝑥 =
𝑑𝑥
𝑒𝐸
𝑒𝐸
= 𝑚 𝑡 et 𝑣𝑧 = 0 de même, on obtient les coordonnées du vecteur accélération en dérivant celles du vecteur vitesse soit 𝑎𝑥 = 𝑚 et 𝑎𝑦 = 0
𝑑𝑡
0,5
z(t) est toujours nul donc le mouvement est rectiligne (selon Ox) de plus ax est une constante donc le mouvement est uniformément accéléré. Le
0,25
𝑚
3a)
𝑝
3b)
0,5
0,5
𝑚
𝑝
4
5
mouvement du proton est donc rectiligne uniformément accéléré.
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝑒𝐸⃗⃗ . 𝐴𝐵
⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = 𝑒𝐸𝐿. Ce travail est positif car il est moteur, il accélère le proton.
La force électrique est constante donc 𝑊𝐴 →𝐵 (𝐹⃗ ) = 𝐹⃗ . 𝐴𝐵
2𝑚𝑝 𝑥(𝐵)
Déterminons à l’aide de x(t) la date à laquelle le proton arrive en B. On a 𝑡𝐵 = √
𝑒𝐸
=2,9x10-7s soit 0,29µs.
𝑒𝐸
𝑡 =1,4x107m.s-1.
𝑚𝑝 𝐵
6
La vitesse en B est 𝑣𝐵 =
1
Lors d’un mouvement circulaire uniforme, le vecteur accélération est centripète, sa direction est selon un rayon et il est dirigé vers le centre de la
trajectoire (vecteur représenté en noir).
1
2
3
4
Δ𝑇𝑚
𝛾
=
89
7454
0,5
a
La deuxième loi de Newton nous permet de dire que la présence du champ magnétique engendre une force magnétique colinéaire au vecteur
accélération. On représente cette force en rouge sur le schéma ci-dessus.
L’énergie totale du proton est 7TeV soit 7x106MeV alors que son énergie de masse est 938MeV le rapport est donc 7.106/938=7463 soit environ 7500 fois
comme indiqué dans le texte.
On appelle durée propre la durée mesurée entre deux événements dans le référentiel propre, c’est la plus petite durée mesurée. Elle est mesurée dans le
référentiel où les deux événements ont lieu au même endroit. Souvent, le référentiel propre est le référentiel dans lequel le système étudié est immobile.
Ici, le référentiel propre est le référentiel du proton. La durée impropre est mesurée dans un référentiel en mouvement par rapport au référentiel propre.
Dans le texte, la durée indiquée est la durée mesurée dans le référentiel terrestre c’est donc une durée impropre.
La durée mesurée est 89µs, la durée propre est donc Δ𝑇0 =
0,75
0,25
Fm
2
0,75
= 0,012µ𝑠 𝑠𝑜𝑖𝑡 12𝑛𝑠.
0,5
0,25
0,5
0 ,25
0,5