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BACCALAURÉAT BLANC

SCIENCES PHYSIQUES
Série S

DURÉE DE L’ÉPREUVE : 3 h 30 – COEFFICIENT : 6

L’usage des calculatrices est autorisé. Le sujet comporte un exercice de CHIMIE et deux exercices de PHYSIQUE. Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns des autres. Il est recommandé de traiter chaque exercice sur une copie séparée. Mettre sur chaque copie, sonnom et sa classe.

EXERCICE 1 EXERCICE 2 EXERCICE 3

: Quelques propriétés de l’acide salicylique (9 points) : Physique nucléaire (6 points) : Le chant des dauphins (5 points)

Février 2011

BAC BLANC DE SCIENCES PHYSIQUES

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Février 2011

EXERCICE 1 : Quelques propriétés de l’acide salicylique
Données :
C O O H

(9 points)

L’acidesalicylique est utilisé dans la synthèse de l’aspirine. Masse molaire M(acide salicylique) = 138,0 g · mol−1 . pKA (acide salicylique / ion salicylate) = 3,00.

C O O H O H

C O O H

C O O H O H

L’acide benzoïque est un conservateur alimentaire. pKA (acide benzoïque / ion benzoate) = 4,20. Produit ionique de l’eau à 25 ◦C : Ke = 1,0 × 10−14 . Conductivités molaires ioniques à 25 ◦C en mS ·m2 · mol−1 λ1 = λ(ion oxonium) = 35, 0 λ2 = λ(ion salicylate) = 3, 6

λ3 = λ(ion hydroxyde) = 19, 9.

Indicateurs colorés (zone de virage) : hélianthine (3,1 – 4,4) ; rouge de crésol (7,2 – 8,8) ; phénolphtaléine (8,2 – 10,0).

Partie A – Étude de la fonction acide
On se propose de comparer à partir de mesures conductimétriques les acidités de l’acide salicylique et de l’acide benzoïque.I – Étude théorique

– On représentera les deux acides par la formule simplifiée : AH (couple AH/AC). H

C 3 – C– O H H O

C 3 – C – ( H )– O H H C 22 H
3

1. On dispose d’un volume V d’une solution aqueuse d’un acide AH de concentration molaire en soluté apporté C. H H H H H La transformation mettant en jeu la réaction de l’acide AH avec l’eau C 3– C 2– C – C 2– O n’est pas totale. (a)Écrire l’équation de la réaction de AH avec l’eau. HH H C 22 H C 3 – C– O H H C C 3 – C – ( H )– O 3 (b) Dresser le tableau d’avancement du système en utilisant les variables V et C, l’avancement x et l’avancement C 3 H O à l’équilibre xeq . ´ C 3– C– O – ( H )– C – C 3 H C 22 H H (c) Exprimer les concentrations des espèces chimiques présentes à l’équilibre en fonctionC C et de– C – O de la concen-H C 3– H – C H H H 2 2 tration en ions oxonium à l’équilibre [H3 O+ ]eq . O C 3 H ´ + C 3 H (d) En déduire l’expression du quotient de réaction Qr,´q en fonction de [H3 O ]eq . et C. ´ e 2. L’étude de la solution à l’équilibre est effectuée par conductimètrie. Exprimer la conductivité σ de la solution de HA à l’équilibre enC – C– O – ( H])– C – C fonction de [H3C+ eq et des conductivités O ´ H H H3 2 2 3 molaires ioniques λ des ions présents.
C 3– C – OH– C 3 H H C H O H C 3 H

II – Étude expérimentale

1. Préparation d’une solution titrée. On dispose du matériel suivant : fioles jaugées de 50,0 mL, 100,0 mL et 250,0 mL pipette graduée de 10H– à ± 0,1C C 3– CmL C – mL H H H 3 éprouvettes graduées de 10 mL, 20 mL, 50 mL et 100 mL pipette jaugée de 10,0 mL à ± 0,05 mL O H On veutpréparer une solution S de l’acide AH de concentration C = 1,00 × 10−3 mol · L−1 à partir d’une solution mère S0 de concentration C0 = 1,00 × 10−2 mol · L−1 . Nommer la verrerie utilisée pour la préparation. Justifier. 2. Mesures de conductivité On a effectué un ensemble de mesures de conductivité σ pour des solutions d’acide salicylique et d’acide benzoïque de diverses concentrations à une température de25 ◦C. Le tableau donne les valeurs moyennes des résultats des mesures et une partie de leur exploitation. acide ac. salicylique ac. salicylique ac. salicylique ac. benzoïque ac. benzoïque ac. benzoïque C (mol · L−1 ) 1,00 × 10−3 5,00 × 10
−3

σ (S · m−1 ) 2,36 × 10−2 7,18 × 10
−2

[H3 O+ ]eq (mol · L−1 ) ´ 6,11 × 10−4 2,62 × 10−3 2,25 × 10
−4

Qr,´q e 9,60 × 10−4 9,30 × 10−4 6,53 ×...
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