Contrôles groupés - CORRECTION Exercice I Votre synthèse doit faire apparaître les point suivants : ✗ Les spectres sont obtenus grâce à un spectrographe qui décomposent la lumière (doc. 1) ✗ Le spectre de la galaxie NGC 4151 a été réalisé dans le domaine visible : les longueurs d'ondes des radiations analysées sont comprises entre 400 nm et 750 nm (doc. 4). Le spectre de cette galaxie est constitué de raies d'émission brillantes se détachant sur un fond continu sombre (doc.1 et doc. 4). Ces raies sont caractéristiques des éléments chimiques hydrogène, oxygène et soufre sous forme ionisée. ✗ On observe un décalage des raies d'émission des éléments hydrogène et oxygène dues à l'effet Doppler (doc. 3 et doc. 4). Ces longueurs d'onde ont des longueurs d'onde supérieures aux longueurs d'ondes en absence de décalage : λr > λ0 ✗ D'après le document 2, lorsque Δλ > 0, z > 0 et v > 0 ; la galaxie NGC 4151 s'éloigne de nous. On fait l'hypothèse que la vitesse radiale v de la galaxie est très inférieure à la célérité de la lumière afin de déterminer v : On mesure Δλ grâce aux documents 3 et 4 : λr (OIII) = 502,2 nm et λ0 (OIII) = 500,7 nm donc Δλ = 1,5 nm. 1,5.10 -9 Le document 2 donne le décalage z : z = = 3,0.10-3 500,7.10 -9 On déduit du document 2 la vitesse v : v = z.c = 3,0.10-3 x 3,00.108 = 9,0.105 m.s-1 L'ordre de grandeur de la vitesse d'éloignement de NGC 4151 est donc 10 6 m.s-1 ✗ Pour effectuer une détermination plus précise de v, il aurait fallu effectuer plusieurs mesures du décalage z grâce à différentes raies présentes dans le spectre et en effectuer la moyenne. Exercice II - A.1.a. Par définition, Ka1 = + [ HCO3]f [H3 O ]f [CO2 , H2 O]f ( ) ( ) ( [HCO-3 ]f [H3 O+ ]f [HCO3- ] f + donc - log Ka1 = - log = - log [H3O ]f - log [CO 2 , H2 O] f [ CO2 , H2 O]f [HCO3- ] f Par définition, pH = - log [H3O ]f et pKa1 = - log Ka1 donc pKa1 = pH - log [CO2 , H2 O]f + ( [HCO3- ]f ou pH = pKa1 + log [CO2 , H2 O]f ) ) - A.1.b. D'après la question précédente : [ HCO3 ]f [CO2 ,H2 O]f pH − pKa1 = 10 - A.N : [HCO3 ]f [CO2 ,H2 O] f 7,4 − 6,1 = 10 =2,0.101 A.1.c. Selon la réaction 1, si la concentration en dioxyde de carbone augmente alors la quantité d'ion oxonium devrait aussi augmenter et donc le pH diminuer. TS - Année 2013 - 2014 page 1 sur 6 L. TÉNART A.2.a. Si la quantité de dioxygène dissous augmente alors l'équilibre 2 est déplacé dans le sens de la formation du dioxyde de carbone. A.2.b. Si la quantité de dioxyde de carbone dissous augmente alors l'équilibre 2 est déplacé dans le sens de la formation du dioxygène. A.2.c. Lors d'un effort physique, il y a formation de dioxyde de carbone ; ce dioxyde de carbone réagit avec l'hémoglobine du sang pour former HbCO2 (réaction 2). Ceci empêche alors l'augmentation de la concentration en dioxyde de carbone dissous et la baisse du pH. La respiration, par apport de dioxygène, permet la libération du dioxyde de carbone au niveau des poumons et le dioxygène se recombine avec l'hémoglobine pour former HbO2 (réaction 2) HbO2 participe de nouveau à l'élimination du dioxyde de carbone au niveau des muscle. B.1. Groupe carboxyle caractéristique de la fonction acide carboxylique B.2. B.3. Groupe hydroxyle sur atome de carbone tétraédrique caractéristique de la fonction alcool Au sens de Brönstedt, un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+. l'acide lactique (noté AH) cède un proton à la base H2O. L'acide lactique appartient au couple AH / A- (A- désigne l'ion lactate) et l'eau au couple H3O+ / H2O. Les demi-équations associées sont : AH = A- + H+ et H3O+ = H2O + H+ l'équation de réaction est donc : AH(aq) + H2O(l) ⇄ A -(aq) + H3 O+(aq) B.4. ( ) [ A- ]f Si l'acide AH prédomine sur la base A- alors [AH]f > [A ]f donc pKA + log < pKA [AH ]f - soit pH < pKA De la même façon, quand la base A- prédomine alors pH > pKA et quand [AH]f = [A-]f alors pH = pKA. [AH] > [A-] [AH] = [A-] [A-] > [AH] pH AH prédomine pKa1 = 3,6 A- prédomine Le pH du sang (7,4) est supérieur au pKa du couple AH / A-, l'espèce prédominante dans le sang est donc l'ion lactate. C.1. Équation de la réaction Avancement État du système chimique (mol) AH(aq) + HCO-3 (aq) ⇄ A -(aq) + CO2, H2O(aq) État initial 0 n0 n1 0 n3 État intermédiaire x n0 - x n1 - x x n3 + x État final xf n0 - xf n1 - xf xf n3 + xf TS - Année 2013 - 2014 page 2 sur 6 L. TÉNART C.2. Si la réaction est totale alors xf = xmax et le réactif limitant est entièrement consommé donc absent de l'état final : Si l'acide lactique est le réactif limitant : n0 - xmax = 0 donc xmax = n0 A.N : xmax = 3,0.10-4 mol Si les ions hydrogénocarbonate sont limitants : n1 - xmax = 0 donc xmax = n1 = [HCO-3 ]i . V A.N : xmax = 2,7.10-2 x 100.10-3 = 2,7.10-3 mol Seule la plus petite valeur a un sens donc xmax = 3,0.10-4 mol Donc dans l'état final, d'après le tableau d'avancement : [HCO3 ]f = n 1 − xf x n [HCO3]i V − xf = = [HCO-3 ]i - f = [HCO-3 ]i - 0 V V V V 3,0.10 -4 = 2,4.10-2 mol.L-1 100.10 -3 n + x f [ CO2 ,H 2 O]i V + xf x [CO2, H2O]f = 3 = = [CO 2 ,H2 O]i + f V V V A.N : [HCO-3 ]f = 2,7.10-2 - A.N : [CO2, H2O]f = 1,4.10-3 + C.3. 3,0.10 -4 = 4,4.10-3 mol.L-1 -3 100.10 D'après la question A.1.a. : pH = pKa1 + log ( ( 3 f [HCO ] [ CO2 , H2 O]f ) ( n0 V = pKa1 + log x [ CO2 , H2 O]i + f V [HCO-3 ]i − ) ) 3,0.10-4 2,7.10 − 100.10 -3 A.N : pH = 6,1 + log = 6,8 3,0.10 -4 -3 1,4.10 + 100.10 -3 -2 Exercice III (sur 6 points) A.1.a. La perturbation du milieu se fait verticalement alors que l'onde se déplace horizontalement. L'onde est donc transversale. A.1.b. Entre les deux images présentées (séparées d'une durée Δt = 1/20 ème de seconde), l'onde a parcouru la distance d = 3,1 - 2,4 = 7,0.10-1 cm. d Par définition, v = Δt 7,0.10 -3 = 1,4.10-1 m.s-1 -2 5,0.10 A.2.a. D'après le document page 9 (en haut), l'altitude du point 1 est maximale quand l'altitude du point 2 est minimale (et inversement), les deux flotteurs ne sont pas en phase (ils sont même en opposition de phase). A.2.b. La longueur d'onde λ est la distance parcourue par l'onde en une période temporelle T : λ = v.T A.N : v = TS - Année 2013 - 2014 page 3 sur 6 L. TÉNART A.2.c. La longueur d"onde est aussi la distance séparant deux points vibrant en phase. Pour déterminer λ, on mesure, pour plus de précision, la distance correspondant à 7 λ : 7λ Par lecture graphique : 7 λ = 1,7.101 cm soit λ = 2,4 cm = 2,4.10-2 m A.2.d. La période T est la plus durée au bout de laquelle l'altitude d'un point reprend sa valeur. A.2.e. Par lecture graphique : 2T = 5,0,102 ms soit T = 2,5.102 ms = 2,5.10-1 s 2T A.2.f. D'après la définition donnée à la question A.2.b : v = B.1. B.2. B.3. B.4. λ T 2,4.10 -2 A.N : v = = 9,6.10-2 m.s-1 -1 2,5.10 Une ligne blanche correspond à une zone d'interférences constructives des ondes alors qu'une ligne noire correspond à une zone d'interférences destructives. Les source S1 et S2 sont en phase donc, pour une ligne blanche (c'est à dire pour des interférences constructives), la différence de marche d1 - d2 = k. λ où k est un entier. On mesure sur le cliche d1 - d2 : d1 - d2 = 43 - 23 = 20 mm = 2,0.10-2 m D'après le texte, au point A, d1 - d2 = λ A.N : λ = 2,0.10-2 m λ D'après la question A.2.f, v = T 2,0.10 -2 = 1,0.10-1 m.s-1 -1 2,0.10 B.5.a. L'onde résultante en B est d'amplitude nulle ; en ce point, les ondes provenant de S1 et S2 interférent de façon destructives. Le point B se situe donc sur une ligne sombre. λ B.5.b. Les source S1 et S2 sont en phase donc, au point B, la différence de marche d1 - d2 = (2k+1). où k est 2 un entier. A.N : v = TS - Année 2013 - 2014 page 4 sur 6 L. TÉNART C.1. C.2. C.3. D'après le document fourni page 10 (en bas), 3T = 38 µs donc T = 1,3.10 -5 s 1 Or f = T A.N : f = 7,7.104 Hz Lorsqu'on déplace R2 de d' par rapport à R1, on observe deux signaux en opposition de phase ; il en est de même si on déplace R2 de d" par rapport à R1. Deux points vibrant de la même façon sont distants d'une longueur d'onde : λ = d" -d' A.N : λ = 5,25 -3,75 = 1,5 cm = 1,5.10-2 m λ D'après la question A.2.f, v = T A.N : v = 1,5.10 -2 = 1,2.103 m.s-1 -5 1,3.10 TS - Année 2013 - 2014 page 5 sur 6 L. TÉNART Exercice IV (sur 5 points) 1. Pour avoir une valeur de la masse des sels dissous dans 1 kg (et non 1L) d'eau de mer, il faut penser à peser le ballon vide, puis chauffer pour évaporer l'eau, c'est à dire procéder à une distillation de l'eau de mer jusqu'à épuisement de l'eau dans le ballon, peser la ballon à la fin et en déduire la masse de sels récupérés. Schéma du montage à réaliser : 2. 3. D'après le document 2 : la salinité est la masse de l'ensemble des sels dissous dans un 1,0 kilogramme d'eau de mer : S o.m = m sels/kg o.m = Σm anions + Σm cations A.N : S o.m = 34 g.kg-1 D'après le document 2 , on peut écrire Ch o.m = mCl + mBr `- `- A.N : Ch o.m = 19 g.kg-1 4. 5. Ch = Cste S Ch 19 D'après les questions précédentes, = = 5,9.10-1 S 34 Ce résultat est en accord avec les résultats donnés par l'UNESCO. S'il y a un rapport constant entre salinité et densité de l'eau considérée, on peut écrire : S o,m S S = o,m.M , on peut en déduire : So.m.M = do.m.M o,m ; d o,m d o,m.M d o,m D'après le document 2, le rapport A.N : So.m.M = 1,240 x 6. 34 = 41 g.kg-1 1,025 En utilisant le résultat de la question 4, Cho,m.M S o,m.M = 0,56 d'où Cho.m.M = 0,56 * So.m.M A.N : Cho.m.M = 0,56 x 41 = 23 g.kg-1 TS - Année 2013 - 2014 page 6 sur 6 L. TÉNART