physique-chimie

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL







SESSION 2009

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PHYSIQUE-CHIMIE



Série S

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DURÉE DE L'ÉPREUVE : 3 h 30 - COEFFICIENT : 6
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L'usage des calculatrices EST autorisé.



Ce sujet ne nécessite pas de feuille de papier millimétré.



Les données sont en italique.




Ce sujet comporte un exercice de CHIMIE et deux exercices de PHYSIQUE
présentés sur 12 pages numérotées de 1 à 12, y compris celle-ci.

La page d'annexe (page 12) EST À RENDRE AGRAFÉE À LA COPIE, même si elle
n'a pas été complétée.

Le candidat doit traiter les trois exercices qui sont indépendants les uns
des autres.







EXERCICE I. LE MONOÏ DE TAHITI (6,5 points)


|Issu de traditions millénaires, le monoï de Tahiti (produit cosmétique)|
|vous assure de bénéficier des vertus de la fleur de Tiaré et de l'huile|
|de coprah raffinée qui le composent .... |
|L'huile de coprah est très riche en acides gras saturés (45 % d'acide |
|laurique notamment). |
|Endémique en Polynésie Française, la fleur de Tiaré présente des |
|propriétés originales .... |
|Elle sécrète en effet une huile essentielle riche en alcools et en |
|esters (salicylate de méthyle ....) connus pour leurs propriétés |
|assainissantes et apaisantes. |
|« d'après le site Internet de l'Institut du Monoï » |

Les parties 1 et 2 sont indépendantes.

Cet exercice a pour objectif d'étudier une utilisation de l'huile de coprah
pour fabriquer du savon puis d'étudier quelques propriétés d'un ester
présent dans la fleur de Tiaré.

Données :

|Nom |Formule |Masse molaire |
|laurate de glycéryle |C39H74O6 |M1 = 638 g.mol - 1 |
|laurate de sodium |C12H23O2Na |M2 = 222 g.mol - 1 |
|glycérol |C3H8O3 |M3 = 92,0 g.mol - 1 |

1. L'huile de coprah
Le savon de Marseille est fabriqué avec des huiles végétales telles que
l'huile d'arachide, l'huile de coprah - au grand pouvoir moussant - et
l'huile de palme.
On lit sur le site de la savonnerie "Le Sérail" : " La première étape de
fabrication est le mélange des huiles végétales avec l'alcali* auquel on va
ajouter du sel de mer. La cuisson consiste à porter à ébullition la pâte
pendant quatre heures à une température d'environ cent degrés."
* alcali : nom générique d'une base. Exemples : soude (hydroxyde de sodium)
ou potasse (hydroxyde de potassium).


1.1. La transformation chimique de l'huile de coprah
1.1.1. Quel est le nom de la réaction chimique citée ci-dessus, qui met
en jeu une huile et l'alcali ?
1.1.2. L'huile de coprah est constituée d'un mélange de triglycérides
de formule générale :
[pic]
Écrire l'équation de la réaction entre un triglycéride et l'hydroxyde
de sodium en solution aqueuse (Na+ + HO-).


1.1.3. On considère pour la suite que l'huile est constituée uniquement
du laurate de glycéryle qui est un triglycéride de l'acide laurique.
L'acide laurique a pour formule CH3 -(CH2)10 - COOH.
Donner la formule semi-développée du savon obtenu, le laurate de
sodium, par action de la solution de soude sur le laurate de glycéryle.
1.1.4. Dans une savonnerie, pour obtenir 1,0 tonne de savon, on utilise
une masse m1 = 1,3 tonne (soit 1,3 ( 10 3 kg) de laurate de glycéryle
et un volume V0 = 2,0 m3 de solution d'hydroxyde de sodium de
concentration c0 = 6,0 mol.L( 1. On note n1 la quantité de matière
initiale de laurate de glycéryle et n0 celle d'hydroxyde de sodium.
Compléter LE TABLEAU D'AVANCEMENT DE L'ANNEXE PAGE 12 puis calculer les
valeurs de n1 et de n0.
1.1.5. Montrer que l'avancement maximal est xmax = 2,0 ( 10 3 mol.
1.1.6. En déduire la masse maximale m2 de laurate de sodium attendue.
1.1.7. Définir le rendement de la synthèse du savon puis le calculer.

1.2. Propriétés du laurate de sodium
1.2.1. On peut représenter schématiquement l'ion actif du savon de la
façon suivante :
[pic]
[pic]


Reproduire le schéma simplifié et légender chaque partie à l'aide du
vocabulaire suivant : hydrophile, hydrophobe, lipophile, lipophobe.


1.2.2. Choisir en justifiant parmi les schémas 1.a et 1.b de la figure
1 celui qui peut expliquer le mode d'action d'un savon.
[pic]
Schéma 1.a Schéma 1.b
Figure 1

2. Le salicylate de méthyle issu de la fleur de Tiaré

|Nom |Formule |Température d'ébullition |
| | |(pression 1 bar) |
|acide salicylique |HO-C6H4-COOH |?1 = 211 °C |
|méthanol |CH3OH |?2 = 65 °C |
|salicylate de méthyle|HO-C6H4-COOCH3 |?3 = 223 °C |

|Le salicylate de méthyle, présent dans la |[pic] |
|fleur de Tiaré, est un composé moléculaire | |
|pouvant subir différentes réactions de | |
|décomposition ou de dégradation dont deux | |
|d'entre elles sont étudiées ci-après. | |
|Sa formule semi-développée est : | |

2.1. Réaction d'hydrolyse du salicylate de méthyle
2.1.1. Recopier la formule, entourer et nommer les groupes
caractéristiques de la molécule.
2.1.2. En 1844, Auguste Cahours réalise l'hydrolyse du salicylate de
méthyle, accédant ainsi à l'acide salicylique qui fut employé comme
médicament contre les rhumatismes avant la synthèse de l'aspirine.
L'équation de cette réaction est :
HO-C6H4-COOCH3 + H2O = HO-C6H4-COOH + CH3OH
Citer une propriété caractéristique de cette réaction.


2.1.3. Citer un procédé permettant d'augmenter la vitesse de réaction.
2.1.4. Citer un procédé permettant d'obtenir davantage de produit par
déplacement d'équilibre (On pourra s'aider des données de la question
2).


2.2. Dégradation photochimique du salicylate de méthyle
Comme nombre de composés moléculaires organiques, le salicylate de méthyle
se dégrade sous l'action de la lumière. On étudie par spectrophotométrie la
cinétique de sa décomposition.
Pour cela, on soumet des films contenant du salicylate de méthyle à un
rayonnement de longueurs d'onde comprises entre 280 et 350 nm, à une
température de 60°C. La puissance ainsi reçue par unité de surface du film
est égale à environ 6 fois celle qui correspond à une irradiation solaire
maximale.
2.2.1. La courbe donnant l'évolution de l'absorbance du film contenant
du salicylate de méthyle en fonction de la longueur d'onde est
représentée sur la figure 2 avant irradiation et après quelques heures
d'irradiation :
[pic]
Quelle est la longueur d'onde optimale pour l'étude de l'absorbance du
film ? Justifier.
2.2.2. Dans quel domaine du spectre électromagnétique (ultraviolet,
visible, infrarouge) cette longueur d'onde se situe-t-elle ?
2.2.3. D'après la figure 2, comment expliquer la différence
d'absorbance du film contenant du salicylate de méthyle, avant et après
irradiation ?
2.2.4. Pour l'étude cinétique, on expose les films à l'irradiation
pendant des durées déterminées, puis on mesure l'absorbance du film
pour une longueur d'onde de 306 nm.
Dans les conditions de l'expérience, l'absorbance étant proportionnelle
à la quantité de matière de salicylate de méthyle restant, on obtient
la courbe d'évolution temporelle de l'avancement x de la réaction de
dégradation donnée sur LA FIGURE 3 DE L'ANNEXE PAGE 12.
L'étude cinétique montre que la dégradation du salicylate de méthyle
est lente. Dans cette étude, la vitesse peut s'écrire : [pic], où V
est une constante
D'après la courbe de la FIGURE 3 DE L'ANNEXE PAGE 12, comment évolue la
valeur de la vitesse de cette réaction au cours du temps ? Justifier.
2.2.5. Donner la définition du temps de demi-réaction d'une
transformation chimique.
2.2.6. Déterminer le temps de demi-réaction pour la dégradation du
salicylate de méthyle en expliquant la méthode utilisée. Faire le tracé
nécessaire sur LA FIGURE 3 DE L'ANNEXE PAGE 12.
2.2.7. L'Institut du Monoï vante les propriétés assainissantes et
apaisantes de la fleur de Tiaré. Compte-tenu des propriétés absorbantes
du salicylate de méthyle dans l'ultra-violet, on peut envisager de
l'utiliser dans la composition de crèmes solaires.
D'après le résultat obtenu à la question 2.2.6, est-il envisageable de
l'utiliser pour une durée d'exposition d'une demi-journée ?
EXERCICE II. DE LA TERRE À LA LUNE (5,5 points)

| |Le 16 juillet 1969 à 14 h 32 (heure française), la|
| |fusée géante américaine Saturn V (figure 4) |
| |décolle de Cap Kennedy (Etats-Unis) avec à son |
| |sommet le vaisseau spatial "Apollo XI" et son |
| |équipage composé de Neil Armstrong, Edwin Aldrin |
| |et Michael Collins. Le 21 juillet 1969 à 3 h 56, |
|