Bac 2010 physique

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Bac S 2010 Métropole http://labolycee.org
EXERCICE I. DES ÉCRITS D’ILLUSTRES SCIENTIFIQUES (6,5 points)

Cet exercice est constitué de trois parties indépendantes. Chaque partie correspond à l’étude d’un texte historique scientifique. Le premier concerne l’étude d’une réaction d’estérification. Les deux suivants traitent de l’étude de la trajectoire des satellites de Jupiter.

1. Textede Marcellin Berthelot (chimiste français 1827 - 1907) sur la réaction d’estérification

Dans leur Mémoire publié en 1862 sous le titre Recherche sur les affinités, Berthelot et Péan de Saint Gilles écrivent :
« … Les esters sont formés par l’union des acides et des alcools ; ils peuvent reproduire en se décomposant les acides et les alcools. […] En général, les expériences consistent, […] àfaire agir sur un alcool pur un acide pur, les proportions de l’alcool et de l’acide étant déterminées par des pesées précises […]. Le produit final se compose de quatre corps à savoir : l’ester, l’alcool libre, l’acide libre, l’eau. Mais ces quatre corps sont dans des proportions telles qu’il suffit de déterminer exactement la masse d’un seul d’entre eux, à un moment quelconque des expériences,pour en déduire toutes les autres, pourvu que l’on connaisse les masses des matières primitivement mélangées. […] Ceci posé, entre les quatre éléments suivants : ester, alcool, acide, eau, le choix ne saurait être douteux, c’est évidemment l’acide qu’il faut déterminer. »

Dans cette partie, on étudie la transformation chimique entre l’acide éthanoïque et l’éthanol afin de comprendre la phrasenotée en gras dans le texte.
Données :

Au laboratoire, on mélange dans un flacon, un volume V1 = 57 mL d’acide éthanoïque et un volume V2 = 58 mL d’éthanol. Le flacon est ensuite hermétiquement fermé et placé dans l’obscurité à température ambiante. On laisse le système évoluer pendant six mois ; après cette durée, l’état final du système n’est pas encore atteint.

1.1. Étude des quantités dematière initiales des réactifs
1.1.1. Calculer la quantité de matière n1 d’acide éthanoïque introduite dans le flacon.
1.1.2. Montrer que le mélange réalisé est équimolaire.

1.2. Étude du milieu réactionnel au bout de six mois
Au bout de six mois, le flacon est ouvert et on y prélève un volume V = 2,0 mL du mélange. L'acide éthanoïque restant dans ce prélèvement est dosé, à froid, à l’aided’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration CB = 1,00 mol.L-1 en présence de phénolphtaléine comme indicateur coloré de fin de dosage.
Le volume équivalent est égal à VE = 12,0 mL.
1.2.1. À l’aide des formules semi-développées, écrire l’équation de l’équilibre chimique d’estérification entre l’acide éthanoïque et l’éthanol.
1.2.2. Écrire l’équation de la réaction chimique support dudosage.
1.2.3. Définir l'équivalence du dosage et en déduire la quantité de matière nR d’acide éthanoïque restant au bout de six mois dans le prélèvement de 2,0 mL.
1.2.4. En supposant que le volume du milieu réactionnel est resté constant au cours du temps, en déduire la quantité de matière nR’ d’acide éthanoïque restant au bout de six mois dans le milieu réactionnel.
1.2.5. Déterminer lesquantités de matière de toutes les espèces chimiques présentes dans le flacon au bout de six mois. On peut s'aider éventuellement d’un tableau d’avancement.
1.2.6. À partir des résultats obtenus à la question précédente, justifier la phrase en gras dans le texte de Berthelot et Péan de Saint Gilles. Aucun calcul n’est demandé.
2. Texte d’Isaac Newton (physicien anglais 1642 – 1726) sur la loi degravitation universelle

En 1610, Galilée découvre des satellites de la planète Jupiter qu’il observe à l’aide de sa lunette astronomique.
En 1687, Isaac Newton publie les Principes mathématiques de la philosophie naturelle et écrit dans le Livre III :
« Les forces par lesquelles les satellites de Jupiter sont retirés perpétuellement du mouvement rectiligne et retenus dans leurs orbites tendent...
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