Devoir commun de sciences-physiques (2h)
29 avr. 2003 ... Exercice 1 : huile essentielle de la cannelle (extraction, synthèse et
chromatographie). Le but de cet exercice est d'étudier le principe ...
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le rôle de cette technique.
Quels critères essentiels doit posséder un solvant pour être utilisé dans cette extraction ? A-t-on toutes les informations pour pouvoir utiliser le cyclohexane à la place du dichlorométhane. Argumenter votre réponse.
Faire un schéma du contenu de lampoule à décanter. On justifiera le contenu de chaque phase observée.
Synthèse de lhuile essentielle dun bâton de cannelle
Dans un tube à essai introduire environ 10-2 mol de soude en pastille et 2 cm3 déthanol.
Agiter puis refroidir 5 min dans la glace.
Sous la hotte ajouter : 1 mL de benzaldéhyde et 0,5 mL déthanal. Boucher le tube a essai puis agiter 10 minutes.
On récupère le produit de synthèse dans un flacon (noté E) pour une analyse chromatographique.
Données :
NomsFormules chimiquesMasse volumiques ( g/cm3)Température de fusionTempérature débullitionSoudeNaOH2,13324 °C1390 °CEthanolC2H6O0,80-112 °C79 °CBenzaldéhydeC7H6O1,04-26 °C179 °CEthanalC2H4O0,78-123 °C20 °CMasse molaire atomique (en g/mol) : M(C)=12 ; M(O)=16 ; M(H)=1 ; M(Na)=23
Quel est létat physique de léthanal puis de la soude à 25 °C ? Justifier.
Pourquoi refroidit-on le tube à essai avant dintroduire léthanal ?
Exprimer littéralement puis calculer la masse de soude à peser.
Rappeler la définition de la masse volumique puis calculer la masse de 2 cm3 déthanol.
En déduire la quantité de matière (en mol) déthanol introduite.
Chromatographie
On effectue sur une plaque de chromatographie cinq dépôts :
Tache A : produit issu de lextraction par solvant du I
Tache B : anéthole (arôme naturel pur)
Tache C : cinnamaldéhyde (arôme naturel pur)
Tache D : benzaldéhyde (arôme naturel pur)
Tache E : produit de synthèse obtenu au II.
Après élution puis révélation sous UV on obtient la plaque chromatographique ci-contre.
Le produit issu de lextraction par solvant est-il pur ? Justifier votre réponse.
Identifier le nom de larôme constituant lhuile essentielle de la cannelle. Justifier.
Lanalyse chromatographique du produit de synthèse obtenu au II montre quil contient dautres espèces chimiques que larôme. Peut-on les identifier : si oui, donner leurs noms, sinon, formuler une hypothèse.
Exercice 2 : le chlorure de sodium (ou sel de table)
Le sel ( ou chlorure de sodium), que nous mangeons est un composé ionique solide constitué d'ions. Il provient de l'eau de mer ou de mines de sel, mais le chimiste peut aussi le synthétiser. Pour cela il chauffe un morceau de sodium métallique dans un courant de dichlore ( le dichlore est un gaz dans les conditions ambiantes).
I Etude de l'élément chlore (symbole chimique Cl).
Le numéro atomique du chlore est 17 et son nombre de masse est 35. Donner le nombre de protons et de neutrons contenus dans son noyau.
Donner la structure électronique de l'atome de chlore.
Quelle place occupe-t-il dans la classification périodique (ligne et colonne)?
A quelle famille appartient-il ?
Le chlore peut donner un ion ou former une molécule. A quelle règle, l'élément chlore obéit-il en formant cet ion ou cette molécule. Enoncez cette règle ainsi que son nom.
Donner la formule chimique de lion que peut donner le chlore
Une molécule est un corps simple si elle est constituée uniquement dun même type datomes. Quel corps simple peut donner le chlore ? Justifier puis donner le schéma de Lewis de la molécule obtenue.
En vous aidant de la classification périodique ci-jointe, citer un élément ayant des propriétés similaires. Justifier.
II Etude de l'élément sodium (symbole chimique Na)
L'élément sodium a pour structure électronique : K2L8M1.
Donner le numéro atomique de l'élément Sodium. Justifier.
Sachant que la masse de l'atome est m= 3,91 x 10-26 kg, trouver le nombre de nucléons A puis de neutrons N dans le noyau. Faites précéder votre calcul d'une expression littérale et d'une justification.
Donner le symbole du noyau de l'atome de sodium.
Cet atome nest pas stable, il peut former un ion. Lequel (donner sa formule chimique) et pourquoi ?
Sachant que la somme des charges est nulle dans un composé ionique, trouver la formule du chlorure de sodium.
Quel composé peut-on envisager en remplaçant le sodium par le potassium. Donner son nom et sa formule.
Données : masse d'un nucléon mn= 1,7x10-27 kg
3ème ligne AlSiPSAr4ème ligneKCaGaAsSeBrKr
Exercice 3 : Mécanique
On étudie le mouvement dune balle de tennis lâchée par un cycliste roulant à vitesse constante en ligne droite. On obtient la chronophotographie ci-dessous ; les photos ont été prises toutes les 40 ms. La largeur intérieure du but de handball est de 3,12 m. On numérote les positions de la balle de 1 à 15 (on ne prend pas en compte la position 16, intervenant après un rebond de la balle).
Enoncer le principe dinertie. Que peut-on en déduire concernant les forces qui agissent sur la balle ? Refaire le même travail sur le système {cycliste+vélo}.
Donner les caractéristiques du poids de la balle et calculez sa valeur.
Représenter cette force sur votre copie.
Données : g = 9,8 N/kg ; masse de la balle m = 60 g.
Feuille à rendre avec la copie
Nom prénom : Classe :
Exercice 4 : Optique
On dispose dun prisme en verre dispersif (figure 1). Sur celui-ci, certaines données concernant lindice du verre en fonction de la longueur donde qui le traverse sont effacées.
En effet, on y lit : pour lð = 400 nm, n400 = 1,456 ; pour lð = 750 nm, n750 = ?
Pour déterminer la donnée manquante, un rayon d un faisceau monochromatique rouge de lð = 750 nm est dirigé sur la face AB du prisme avec un angle d incidence i de 45,0 °. L angle de réfraction r mesuré est alors de 30,0 °.
Quappelle-t-on faisceau monochromatique ?
Exprimer la valeur de cette longueur donde en m et en mm (en utilisant lécriture scientifique).
En utilisant les lois de Descartes, calculer lindice du milieu du verre pour cette longueur donde.
Compléter la figure 1 en y faisant figurer langle dincidence et le trajet de ce rayon passant de lair au verre.
En déduire, par une mesure, langle dincidence i du rayon arrivant sur la face AC du prisme.
Calculer alors la valeur de langle de réfraction de ce rayon lorsquil passe du verre à lair.
Compléter, sur la figure 1, le trajet du rayon lorsquil passe du verre à lair.
Afin de vérifier notre mesure, un rayon de ce faisceau est dirigé sur la face AB du prisme avec un angle dincidence de 20,0°.
Quel angle de réfraction devrait-on alors mesurer ?
Calculer la vitesse de ce faisceau dans le verre.
Données : indice de lair nair = 1,00 ; Célérité de la lumière c = 3,0.108 m.s-1
A B C D E
Quel est le référentiel détude ?
Qualifier le mouvement de la balle de tennis.
Calculer la durée de la chute de la balle entre les positions 1 à 15 en seconde.
A laide dun fil placé sur la trajectoire du document ci-contre on a mesuré une distance entre les positions 1 et 15 égale à L=6,8 cm. En utilisant léchelle de la chronophotographie, calculer la distance réelle parcourue par la balle au cours de sa chute
En déduire la vitesse moyenne de la balle en m/s au cours de sa chute.
Figure 1 : Schéma du prisme.
A
C
B
