Exercice n°1 : De l'atome au galaxies - Créer son blog

Devoir de sciences physiques Durée de l'épreuve : 2 H 00
Consignes : Tous les exercices sont à traiter. La calculatrice
est autorisée.
Rédigez bien les justifications demandées. EXERCICE 1 : EXTRACTION ET IDENTIFICATION
( .........../ 12 points)
Le but de cet exercice est d'étudier le principe d'extraction de l'huile
essentielle contenue dans un bâton de cannelle, de réaliser ensuite sa
synthèse puis d'identifier par chromatographie les espèces chimiques
obtenues. I - Extraction par solvant.
Protocole expérimental :
. Dans un erlenmeyer de 100 mL, mettre de la poudre issue d'un bâton de
cannelle puis ajouter sous la hotte 20 mL de dichlorométhane. Boucher
puis agiter.
. Filtrer, puis verser le filtrat dans une ampoule à décanter.
. Laver avec 10 mL d'eau, bien agiter, dégazer, puis laisser décanter.
. Recueillir la phase organique dans un flacon (noté A) et le conserver
pour une analyse chromatographique (voir III).
| |Cyclohexane |Dichlorométhane |
|Densité |0,71 |1,33 |
|Miscibilité avec |Nulle |nulle |
|l'eau | | |
1) Quels critères essentiels doit posséder un solvant pour être utilisé
dans cette extraction ?
2) Définir la densité d'un liquide.
3) Faire un schéma du contenu de l'ampoule à décanter. On justifiera la
position relative des deux phases et on indiquera le contenu de chaque
phase observée. II - Synthèse de l'huile essentielle d'un bâton de cannelle . Dans un tube à essai introduire environ 0,4 g de soude en pastille et 2
cm3 d'éthanol.
. Agiter puis refroidir 5 min dans la glace.
. Sous la hotte ajouter : 1 mL de benzaldéhyde et 0,5 mL d'éthanal.
Boucher le tube à essai puis agiter 10 minutes.
. On récupère le produit de synthèse dans un flacon (noté E) pour une
analyse chromatographique.
Données : |Noms |Formules |Masse |Température de |Température |
| |chimiques |volumiques ( |fusion |d'ébullition |
| | |g/cm3) | | |
|Soude |NaOH |2,13 |324 °C |1390 °C |
|Ethanol |C2H6O |0,80 |-112 °C |79 °C |
|Benzaldéhyde|C7H6O |1,04 |-26 °C |179 °C |
|Ethanal |C2H4O |0,78 |-123 °C |20 °C |
1) Définir la température de fusion d'une espèce chimique.
2) Quel est l'état physique de l'éthanal puis de la soude à 25 °C ?
3) Pourquoi refroidit-on le tube à essai avant d'introduire l'éthanal ?
4) Rappeler la définition de la masse volumique puis calculer la masse de 2
cm3 d'éthanol. On rédigera et on expliquera soigneusement la réponse.
III - Chromatographie On effectue sur une plaque de chromatographie cinq dépôts : . Tache A : produit issu de l'extraction par solvant du I
. Tache B : anéthole (arôme naturel pur)
. Tache C : cinnamaldéhyde (arôme naturel pur)
. Tache D : benzaldéhyde (arôme naturel pur)
. Tache E : produit de synthèse obtenu au II. Après élution puis révélation sous UV on obtient la plaque
chromatographique ci -dessus.
1) Le produit issu de l'extraction par solvant est-il pur ? Justifier votre
réponse.
2) Identifier le nom de l'arôme constituant l'huile essentielle de la
cannelle. Justifier.
3) L'analyse chromatographique du produit de synthèse obtenu au II montre
qu'il contient d'autres espèces chimiques que l'arôme. Peut-on les
identifier : si oui, donner leurs noms. Justifier.
4) Définir le rapport frontal d'une espèce chimique.
5) Calculer le rapport frontal du benzaldéhyde.
Exercice 2 : Fréquence d'une tension périodique
( .......... / 8 points)
Document 1 : électrocardiogramme Un examen courant pour évaluer l'état de santé d'une personne est
l'électrocardiogramme : un oscilloscope permet de visualiser la tension
électrique au niveau du muscle cardiaque. On obtient par exemple le
document ci-contre. Sauf dans des cas pathologiques, on peut considérer que
la tension est périodique. Les médecins indiquent quelle est la fréquence cardiaque d'un patient en
nombre de pulsations par minutes. Document 2 : un oscillogramme La tension du secteur est affichée sur l'oscillogramme suivant : La durée de balayage est de 5ms/div. La plaque signalétique de la plupart des appareils électroménagers porte
les indications : "230V, 50Hz" 1°) Quelle est la période de la tension cardiaque du document 1 ?
2°) Combien de fois le c?ur bat-il chaque seconde ?
3°) Quelle est la fréquence cardiaque du patient ?
4°) Comment qualifier la tension du secteur ?
5°) Quelle est la période de la tension du secteur ?
6°) Combien de fois le motif de base de cette tension se répète-t-il en une
seconde ?
7°) Que signifie l'indication "50Hz" sur la plaque signalétique ?
8°) A quoi correspond l'indication en Hz donnée pour les processeurs
d'ordinateurs ?
Exercice 3 : Un médicament pour la toux
( .......... / 6 points)
Sur la notice d'une solution buvable préconisée en cas de bronchite, il est
indiqué qu'on trouve une masse m0 = 2,00 g de carbocistéine dans un volume
V0 = 100 mL de solution.
1°) Calculer la concentration massique cm en substance active de la
solution commerciale. On rédigera soigneusement le raisonnement suivi.
2°) Le laboratoire pharmaceutique fabriquant ce médicament fournit une
cuillère-mesure de volume V = 5.0 mL. Exprimer la masse m de carbocistéine
prélevée par une cuillère-mesure en fonction de V et cm puis la calculer.
On rédigera soigneusement le raisonnement suivi.
3°) Pour effectuer des analyses sur ce sirop, un chimiste en prélève un
volume V' = 2,0 mL, qu'il introduit dans une fiole jaugée de volume V" =
25,0 mL.
a. Quelle verrerie le chimiste doit-il utiliser pour effectuer ce
prélèvement avec
précision ?
b. Calculer la concentration massique c'm en carbocistéine de la solution
diluée
obtenue. On rédigera soigneusement le raisonnement suivi.
Exercice 4 : Un c?ur gros (et chaud) comme çà !
( ......./ 7 points) Après avoir lu le texte, répondez aux questions suivantes.
1. Dans ce texte issu d'un article d'Hubert Reeves, certains mots ont été
effacés lors de l'impression. En vous aidant de la figure, complétez
les trous du texte que vous rendrez avec votre copie.
2. De quelle(s) couleur(s) le spectre d'un corps chaud émettant de la
lumière s'enrichit-il, lorsque sa température augmente ?
3. Le spectre représenté ci-dessus est-il un spectre d'émission ?
d'absorption ? continu ? de raies ?
4. De quelle grandeur physique très courante, la température d'une étoile
dépend-elle ? Quelle phrase du texte l'indique ?
5. Exprimer la valeur de la température du c?ur du Soleil en notation
scientifique. Quel est son ordre de grandeur?
6. Quel est l'étoile la plus massive, Sirius ou le Soleil? Justifier.
7. Le Soleil fait-il partie de la famille des « petites étoiles » ou de
la famille des « grosses étoiles » ? Justifier. Exercice 5 : Réfraction et dispersion de la lumière (
.......... / 6 points)
Un rayon de lumière blanche se propageant dans l'air, arrive à une surface
de séparation air - verre sous un angle d'incidence de 30,0°.
Données : indice de l'air: 1,000 ; indice du verre pour la radiation
rouge: 1,618 ; indice du verre pour la radiation violette: 1,652.
1°) Faire un schéma en identifiant les milieux de propagation et l'angle
d'incidence.
2°) Déterminer l'angle de réfraction pour la radiation rouge et la
radiation violette. Justifier le nombre de chiffres significatifs.
3°) L'angle de déviation est l'angle formé par le prolongement du rayon
incident et le rayon réfracté. Compléter le schéma pour la radiation rouge
et déterminer l'angle de déviation pour les deux radiations. Quelle est la
radiation la plus déviée? ----------------------- 1 1
1 1 1
1 1
1
1 1 « Il y a des étoiles de toutes les couleurs. C'est une histoire de
_______________ à la surface de l'astre. Le fer dans la forge devient
rouge quand sa température s'élève entre 700°C et 1000°C. Si on continue à
le chauffer, son spectre initialement riche dans le domaine des radiations
rouge-orange, s'enrichit dans les radiations _____________. Il passe par
toutes les couleurs de l'arc en ciel. N'importe quel corps porté à une
température donnée, indépendamment de sa composition, prend une teinte
précise.
La température fixe la couleur, quel que soit le corps : rouge jusqu'à
3000°C, jaune comme le Soleil à ________, bleue comme _________________ à
20 000 °C. La masse d'une étoile détermine sa température. Les astres
massifs, dont le champ de gravité est plus important, doivent pour se
stabiliser avoir une température plus élevée. La pression thermique, en
compensant la gravité, leur assure l'équilibre. Plus une étoile est
massive, plus son noyau central est chaud et plus sa température
superficielle grimpe. Par exemple, le c?ur jaune du soleil est à 15
millions de degrés Celsius tandis que celui de la bleue Sirius est à 40
millions de degré Celsius environ.
Les grosse étoiles sont bleues, les petites rouges ou jaunes. Du moins au
début de leur vie » D'après Hubert REEVES (Sciences et Avenir - N°693bis -
Novembre 2004) [pic] 1 3 2
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