| MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE DIRECTION GENERALE DE L’ENSEIGNEMENT DIRECTION DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR Service du Baccalauréat | BACCALAUREAT DE L’ENSEIGNEMENT GENERAL SESSION 2022 |
| D | Série Option Code matière | : Scientifique : S : 011 | Epreuve de Durée Coefficient | : Sciences Physiques : 04 heures : 6 |
NB : – Les cinq (05) exercices sont obligatoires.
– Machine à calculer scientifique non programmable autorisée.
LES GRANDES CATEGORIES DE REACTIOINS EN CHIMIE ORGANIQUE (3,5 points)
Le paracétamol est un médicament utilisé comme analgésique et antipyrétique. On l’obtient par réaction entre le para-aminophénol et l’anhydride éthanoïque en milieu aqueux.
Le tableau suivant récapitule les donnée concernant ces composées.
On mélange dans un ballon une masse m1 = 2,18g de para-aminophénol avec V2= 3mL d’anhydride éthanoïque. On chauffe à reflux pendant 20 minutes. Après refroidissement, on verse le mélange dans un bécher contenant de l’eau glacée, le paracétamol brut précipite.
Après lavage et purification, on obtient 1,7g de paracétamol purifié.
- a) Ecrire l’équation-bilan de la réaction de synthèse du paracétamol.
A quelle catégorie de réaction appartient-elle ? (0,75pt)
- Quel est l’avantage du chauffage à reflux ? (0,25pt)
- a) Calculer les quantités de matière des réactifs introduits. (1pt)
- Déterminer le réactif limitant (on peut s’aider d’un tableau d’avancement) (0,5pt)
- Calculer le rendement de cette synthèse. (0,5pt)
- Afin de vérifier la pureté du produit formé, on réalise une chromatographie sur couche mince.
Après révélation, on obtient le chromatogramme suivant :
P1 : Paracétamol Brut
P2 : Paracétamol purifié
P2 : Paracétamol pharmaceutique
TRANSFORMATIONS CHIMIQUES EN SOLUTION AQUEUSE (3,5 points)
Les solutions sont à 25°C. On donne les couples rédox (C2H4O2/C2H6O) et (O2/H2O)
On produit du vinaigre à partir d’une boisson alcoolisée comme le vin, par fermentation : en présence de dioxygène O2, l’éthanol C2H6O contenu dans le vin est transformé en acide éthanoïque C2H4O2 et en eau.
- Ecrire les 2 demi-équations rédox, ainsi que l’équation bilan modélisant la transformation de l’éthanol du vin en acide éthanoïque sous l’action du dioxygène. (0,75pt)
- Après quelques jours de fermentation, on souhaite déterminer la quantité d’acide éthanoïque obtenu.
Pour cela, on réalise un titrage pH-métrique d’un volume VA = 10mL du vinaigre obtenu par une solution de soude NaOH de concentration CB= 0,2mol.L-1
L’équivalence acido-basique est obtenu quand on a versé VB= 42mL de soude.
- Ecrire l’équation-bilan support de ce titrage. (0,5pt)
- Montrer que la concentration de l’acide éthanoïque dans ce vinaigre est CA = 0,84mol.L–1 (0,75pt)
- Pour VB = 0mL, le pH du vinaigre est de 2,4. Déterminer le pKA du couple (C2H4O2/C2H30–2)
présent dans le vinaigre. (1pt)
- On peut réaliser un dosage conductimétrique du vinaigre par une solution de soude pour vérifier la quantité d’acide éthanoïque formée.
Laquelle des représentations ci-dessous correspondraient à ce dosage ? Justifier. (0,5pt)
Données : – Les conductivités ioniques molaires à 25 °C
| ions | H3O+ | OH– | Na+ | C2H30–2 |
| λ (mS.m².mol–1) | 34,96 | 19,8 | 5,01 | 4,09 |
- La conductivité de la solution : σ = Σiλi[Xi] ; σ en mS.m–1
[Xi] : concentration ionique molaire de l’ion i
λi : conductivité ionique molaire de l’ion i.
PHYSIQUE ATOMIQUE ET NUCLEAIRE (3 points)
- Le réacteur d’un sous-marin nucléaire fonctionne à l’aide de l’uranium riche en isotope 235. Le noyau d’uranium 235 subit différentes fissions dont la plus fréquente est la suivante :
Le réacteur consomme 550kg d’uranium 235 pendant un an de fonctionnement.
- Déterminer Z, x et X (0,75pt)
- Calculer l’énergie libérée par cette réaction nucléaire. (0,5pt)
- En déduire, en joule, l’énergie totale produite en une année. (0,5pt)
- On dispose d’un échantillon de poutre en bois contenant initialement 1mg de carbone 14 6 C radioactif émetteur β–. La période de désintégration du carbone 14 6 C est de 5570ans.
- Quelle masse de carbone 14 6 C Reste-t-il après 16710 ans ? (0,5pt)
- Calculer l’âge de cet échantillon si l’activité en 146 C a diminué de 6% (0,75pt)
Données :
m(235U) = 234,99333u Nombre d’Avogadro : NA = 6,02.1023mol–1
m(95Zr) = 94,88604u 1 u = 931,5 MeV.C–2
m(138X) = 137,90067u 1eV = 1,6.10–19J
m() = 1,0086u 1 MeV = 106eV
Extrait du tableau de classification périodique :
51Sb 52Te 53I 54Xe
ELECTROMAGNETISME (5 points)
Les parties A et B sont indépendantes.
PARTIE A (1,5 points)
Une plaque à induction comprend un inducteur bobiné avec un fil de Litz, qui est placé sur une surface en vitrocéramique. Quand on utilise une plaque à induction, on constate que le dessus de la plaque n’est pas chaud tandis que la casserole est bien chauffée.
- D’où vient le courant sur le dessous de la casserole et qui la chauffe ? (0,75pt)
- Quel phénomène physique explique ce fait ? (0,75pt)
PARTIE B (3,5 points)
Le circuit d’un récepteur radio comprend un circuit constitué d’une bobine d’inductance L = 0,1H et de résistance R = 45Ω montée en série avec un condensateur dont la capacité C est réglable. Les ondes hertziennes reçues par l’antenne sont transformées en tension sinusoïdale u(t) qui impose une oscillation forcée au circuit:
U(t) = 10√2sin(200πt) en V.
- La capacité du condensateur est fixée d’abord à C= 10µF. Construire le diagramme de Fresnel relatif au circuit. Echelle : 1cm ⇔ 20 Ω (1pt)
- Etablir l’expression de l’intensité du courant instantanée i(t) (1pt)
- Pour quelle valeur de la capacité C0 du condensateur la réception est-elle optimale ? A cet instant, le circuit sera en résonance. (1pt)
- Calculer la largeur Δ de la bande passante en pulsation à -3db de ce circuit. (0,5pt)
MECANIQUE (5 points)
Les parties A et B sont indépendantes.
PARTIE A (3 points)
Depuis la base de Kourou en Guyane, proche de l’équateur, à 6° de latitude, un tir de la fusée Ariane a placé en orbite un satellite de communication (S). Ce satellite supposé ponctuel doit être géostationnaire.
Il est en orbite dans le plan équatorial à une altitude h de la surface de la Terre.
Pour étudier le mouvement de (S) dans le référentiel géocentrique supposé galiléen, on choisit un repère (S,→t,→n)
T : Vecteur unitaire tangent à la trajectoire et orienté dans le sens du mouvement
N : vecteur unitaire normal à la trajectoire et orienté vers le centre O de la Terre
On admet que la satellite (S) est soumis uniquement à la force gravitationnelle terrestre.
où MS : masse du satellite (S) ; MT : masse de la terre ; h : altitude.
RT : rayon de la terre ; G : constante de gravitation universelle<