Exercice 1 - Sciences-physiques
EXERCICE 3 (chimie) : Extraction par solvant, synthèse et chromatographie (20
points - 50 min) .... Si non, la corriger. ... On réalise une chromatographie sur
couche mince en utilisant comme éluant un mélange de cyclohexane et d'acétate
...
part of the document
NOM PRENOM : CLASSE :
Devoir commun de sciences physiques Mercredi 05 mai 2004 (8h10 -10h10 ) Classe de seconde
Les 3 exercices sont à traiter dans lordre de votre choix. Il est simplement rappeler quil est important dindiquer le numéro des questions auxquelles vous répondez. Il sera tenu compte de la présentation matérielle de la copie et de la clarté de la rédaction..
EXERCICE 1 (physique) : Les spectres (6 points - ( 20min)
Données :
Les limites des longueurs dondes (en nm) des couleurs du spectre dune lumière blanche sont les suivantes :
VioletBleuVertJauneOrangeRouge400-424424 491491-575575-585585-647647-700
Longueurs dondes (en nm) de quelques raies émises par différents éléments chimiques à létat gazeux :
NomSymbole chimiqueLongueurs dondesHydrogèneH397 ; 410 ; 434 ; 486 ; 656 ; HéliumHe447 ; 471 ; 492 ; 501 ; 587 ; 668MercureHg432 ; 547 ; 575 ; 580 ; 670 ; 690NéonNe439 ; 443 ; 585 ; 597 ; 618 ; 640
Identification dun gaz
Un laboratoire possède diverses lampes qui contiennent des vapeurs de gaz. Il est possible de réaliser le spectre démission de raie du gaz enfermé dans lampoule à laide du dispositif ci-contre :
Quel dispositif faut-il placer entre la fente et lécran pour observer le spectre du gaz enfermé dans lampoule ?
Un professeur, suite à une maladresse, a renversé de lencre sur létiquette collée sur lampoule. La nature du gaz était représentée par son symbole chimique qui est partiellement masqué par la tache dencre (voir létiquette ci-contre).
Le spectre observé sur lécran a permis dobtenir le document suivant :
Donner les longueurs dondes des différentes raies du spectre puis indiquer la couleur de chacune.
En déduire la nature du gaz enfermé dans lampoule.
Etude dun filtre.
Dans ce laboratoire on dispose dun filtre en gélatine coloré. Le graphe ci-contre donne la courbe représentant la lumière transmise (c'est-à-dire non absorbée) par ce filtre en fonction de la longueur donde de la radiation qui le traverse.
Donner lintervalle des longueurs dondes des radiations que laisse passer ce filtre.
En déduire la couleur du filtre sil est éclairé en lumière blanche.
Utilisation du filtre.
On interpose le filtre précédent entre lécran et la fente du montage représenté au I. Dessiner puis qualifier le spectre observé sur lécran.
EXERCICE 2 (physique) : Oscillations dune masse accrochée à un ressort (14 points - ( 40min)
Les trois parties de cet exercice sont indépendantes
Une bille de masse m1 = 100 g est suspendue à un ressort vertical à laide dun support (voir schéma ci-contre)
Données :
Intensité de la pesanteur : g=9,8 N.kg-1
Masse de la Terre MTerre = 5,98 . 1024 kg
Rayon de la Terre RTerre = 6,38 . 103 km
Loi de gravitationnelle universelle : EMBED Equation.3 avec G = 6,67.10-11 S.I (constante universelle) ; M1 et M2 masse en kg et D distance en mètre
I- La bille est en équilibre
Rappeler la relation existant entre la valeur du poids P et la masse m de la bille (en précisant les unités des grandeurs figurant dans cette relation). Calculer la valeur du poids de la bille.
Enoncer le principe dinertie.
Montrer quil existe une autre force que le poids appliquée à la bille.
Reproduire le schéma ci-contre puis représenter les forces appliquées sur la bille.
Déterminer la valeur de la force gravitationnelle exercée par la Terre sur la bille FTerre/bille et la comparer à la valeur du poids de la bille.
II- La bille oscille
On étire lensemble bille-ressort verticalement vers le bas et on le lâche. La bille oscille de part et dautre de sa position déquilibre. Le phénomène est périodique (au cours de son mouvement, la bille passe régulièrement par les mêmes positions). On mesure la période T des oscillations (c'est-à-dire la durée dun aller et retour de la bille).
Pour des billes de masses différentes, on mesure la période T des oscillations. Le graphique ci-dessous donne la représentation de la période des oscillations au carré (T²) en fonction de la masse (m) de la bille.
La période T des oscillations dépend-elle de la masse de la bille ?
Tracer la courbe obtenue sur le graphique au dos.
Quelle est la période des oscillations dune bille de masse m2 = 20 g. Faire apparaître la méthode utilisée sur le graphique.
Quelle est la nature de la courbe obtenue ? Déterminer son coefficient directeur exprimé en s².kg-1.
En déduire la relation entre T2 et m.
Calculer la période des oscillations dune bille de masse m3 = 0,18 kg.
Calculer la valeur de la masse qui permettrait davoir une période dune seconde avec ce même ressort.
III- Une bille se détache
Une bille se détache du ressort et chute. La chronophotographie (à droite) de cette chute donne les positions de la bille à intervalles de temps égaux.
1. Caractériser le mouvement de la bille. Justifier vos réponses.
Que peut-on dire des forces agissant sur la bille pendant son mouvement ?
EXERCICE 3 (chimie) : Extraction par solvant, synthèse et chromatographie (20 points - ( 50 min)
Les trois parties de ce problème sont indépendantes.
Leucalyptus est un arbre originaire dAustralie. Ses feuilles contiennent une huile essentielle odorante dont le principal constituant est une molécule appelée leucalyptol. Ce principe actif est à lorigine des propriétés thérapeutiques de lhuile essentielle deucalyptus, souvent utilisée en inhalation pour lutter contre les problèmes respiratoires.
A- Extraction de lhuile essentielle deucalyptus.
On fait bouillir pendant une vingtaine de minutes des feuilles deucalyptus émiettées dans de leau. On obtient alors un mélange deau et dhuile essentielle deucalyptus.
On veut ensuite « extraire par solvant » lhuile essentielle de ce mélange. Trois solvants sont à notre disposition : cyclohexane, toluène, éthanol. On donne quelques-unes de leurs caractéristiques ci-dessous :
SolvantToluèneCyclohexaneEthanolMiscibilité avec leauNon miscibleNon miscibleMiscibleSolubilité de leucalyptolPeu solubleTrès solubleTrès solubleDensité0,870,780,81
Quel solvant extracteur choisiriez-vous ? Justifier en donnant deux critères.
2. On introduit dans une ampoule à décanter 5 mL du solvant extracteur choisi et le mélange [eau + huile essentielle], on agite puis on laisse décanter.
a- Que signifie « laisser décanter » ?
Faire un schéma légendé de lampoule et de son contenu après décantation. Indiquer et justifier lordre et le contenu des phases.
B- Synthèse dune substance odorante courante :
Lacétate disoamyle est une substance odorante présente dans beaucoup darômes naturels. Cette espèce chimique peut être synthétisée en laboratoire en suivant le protocole décrit ci-dessous :
On mélange tout dabord dans un ballon V1=5 mL dalcool isoamylique (C5H12O) avec n2=0,14 moles dacide acétique pur (C2H4O2). On ajoute ensuite un peu dacide sulfurique H2SO4 concentré pour accélérer la transformation chimique. Lacide sulfurique nest pas consommé au cours de la transformation, ce nest donc pas un réactif.
Au cours du chauffage, il se forme de lacétate disoamyle (C7H14O2) et de leau (H2O). Après 20 min de chauffage, on refroidit le ballon sous leau froide, puis on verse son contenu dans une ampoule à décanter contenant 50 mL deau salée. On agite et on laisse décanter. On observe alors deux phases. On recueille la phase organique.
Données :
Masses molaires : M(H)=1g.mol-1 ; M(C)=12g.mol-1 ; M(O)=16g.mol-1
Masses volumiques : (1(alcool isoamylique)= 0,81 g.mL-1 ; (2(acide acétique)= 1,05 g.mL-1
I- Etude de la molécule dacide acétique :
Lacide acétique a pour formule brute C2H4O2.
1. Latome doxygène a pour symbole EMBED Equation.3 O. Donner, en justifiant, le nombre de protons, délectrons et de neutrons qui constituent cet atome.
2. Quelle est la structure électronique de latome doxygène ?
3. Combien de liaisons de covalence cet atome formera-t-il au sein dune molécule ? (Justifiez votre réponse)
4. Cet atome portera-t-il alors des doublets non liants ? Si oui, combien ? (Justifiez votre réponse)
5. Voici à droite, une proposition pour la représentation de Lewis de la molécule dacide acétique. Recopier la formule puis entourez les erreurs et proposez une correction.
II- Quantités de réactifs introduites :
1. Calculer la masse molaire moléculaire de lacide acétique.
2. Calculer la masse dacide acétique à introduire dans le ballon.
3. En déduire le volume dacide acétique à introduire dans le ballon.
III- Protocole :
1. Dessiner un schéma légendé dun montage à reflux.
2. Quels sont les réactifs de cette synthèse ?
3. Quels sont les produits de cette synthèse ?
4. Léquation chimique suivante traduit-elle la réaction chimique réalisée ? Si non, la corriger.
C2H4O2 + C7H14O2 ( C5H12O
C- Etude comparative par chromatographie
On réalise une chromatographie sur couche mince en utilisant comme éluant un mélange de cyclohexane et dacétate déthyle.
- dépôt A : huile essentielle deucalyptus extraite des feuilles.
- dépôt B : produit de la synthèse.
- dépôt C : acétate disoamyle de référence
1. Préciser la légende du schéma ci-contre en nommant chaque élément numéroté.
2. A-t-on bien synthétisé de lacétate disoamyle ? Justifier.
3. Que pouvez-vous déduire du fait que le dépôt A donne plusieurs tâches après élution ?
4. Quelle(s) espèce(s) pouvez-vous identifier dans lhuile essentielle deucalyptus ?
400
((nm)
700
600
500
Lumière transmise
((nm)
H
220 V(
Gaz à faible pression
fente
Ecran
+
(1)
(2)
(3)
A
B
C
H
C
C
O
O
H
H
H
+
+
+
+
T² (s²)
m (g)
50
100
1500
0
0,5
1,0
