16581430 Bac Sciences Physiques 2009 Stl Bio

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 candidat el à rehdre avec la copie.

feuille

de papiet ntillimélté

qûi sera Jfounie au

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

A. PHYSIQUE

T8

POINTS)

l- LAMPE A VAPEUR DE MERCURE (/porzls) 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

Énerg

0 E4

-0,90

-3,10

- 5.00 E1

- 5,50

Le diagramne ci contre représente queltlues niv,.tux J'incrgfu J, I'dtùnrJ. m?huh. -tn4

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

I'atome et la longueur d'onde

^tde

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.

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. 2.2.

Il reçoiî

un

STL Biochimie Génie

Biologique Physiquc Chimie

REPERI : 9PYGBNIE1/LR1

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Doùnées : 3 I Célérité de la llLrnière dans le vide : c = 3,00x 10 m.s 3aJ.s Constante de Planck : h:6,63 x 10 1 eV = 1,60x 10 '' J Energie associéc à une radiation : E = radiation.

I xv où test l'énergie dù photon et v la fréqucnce de la

Tableau de correspondzmce des longueurs d'onde et des couleus ),

(el nm)

400-460

460-480 bleu

violet

couleur

Donaines des ordc. clcctromagnét

-È

iq

ue.

I

480-560

560-590

590-650

vcfi

laune

or?ùrge

650-700 rouge

:

:

.9

? e.

\ |I

c

p,

Brochimie L,enic Biologiqr,e Ph)

REPERE : 9PYGBMEl/LR1

.iqu<

a himie

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 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.

e

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

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.

Le

fil

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 ligure (b).

E

selon Ia

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

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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 C-'; :5.00x 10-r mol.Ll estpFl .. 2.3.

concenûalion

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 |
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 mlSTL 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 I (soutle ; Na'6n1 + HO h,t) de concentlalion Ct = 1,00x I tJt mol.L . 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

o

(ml,)

0

(mS.cm_L

)

i/6 (n1) o (ms.cm ') ,1.1. Ecrire

10,0 0.66

I,t) 1)!1,

2,0 2.08

3,0

4.0

1,90

1,70

I 1.0 0.66

12.0

13.0

14.0

15.0

0.76

0,86

0,91

1,04

5"0

0.0

7.0

8,0

I,18

1,00

16.0

17.0

18.0

1,1,+

114

1.32

tt4

9,0 0.84

l'éqùation de la réactioû de titrage.

,1.2. ConstrLrire, sur papicr nillimétré, le grâphe donnaot l'évolution de méiange en fonction du volume f, de solution d'hydroxydc de sodiùm versé. I cm ë 1,0 ml' Eclrclles : dxe des abscisses : arte des ordonnées ; l cm ë 0,10 mS.cnl

la conductivité d du

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

STL Biochimie Cénie Biologique RÈPER-E : gPYCBMEl/LRl

: M (NH;SO:II)

- Physique

Chimie

= M,t

11

:

97,1 g.mol

'

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.

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- Physique

Chimie

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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 composés très peu solubles dans I'eau

de

des

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 I. concentration en jons chlorure : 1Cl7 3,2 x 10'?rnol.L

:

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.

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Annexe PHYSIQT]E

II-

1

PRINCIPE DU HAUT-PARLEUR APPLIQUE A UN ECOUTEUR

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

(l)

Pôle

Pôle (2)

Bobine enroulée autou du pôle cylindrique (2)

Fiqwe (b)

|

Coupe d'uoe portion rectiligne de soire dans laouelle le courant circule vels l'observateur situé en avant du plar.

Vecteur

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

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