Sujet du bac S Physique-Chimie Obligatoire 2017

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BACCALAURÉAT GÉNÉRAL

SESSION 2017

PHYSIQUE-CHIMIE

Série S

: 3 heures 30

Coefficient : 6

Ce sujet ne nécessite pas de feuille de papier millimétré

Le sujet comporte trois exercices présentés sur 12 pages numérotées de 12/12 à 12/12, y

compris celle-ci.

Documents à rendre avec la copie :

Annexe I 2/12

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

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EXERCICE I - LA FERMENTATION MALOLACTIQUE DES VINS (10 points) puis la fermentation malolactique. , est terminée.

La fermentation malolactique, généralement assurée par une espèce de bactérie lactique,

Oenococcus oeni, désigne la désacidification biologique du vin. Lors de cette transformation, l'acide

malique présent dans le vin se transforme en acide lactique, acide plus faible, avec production de

dioxyde d ; transformation modélisée par la réacti:

La désacidification du vin qui résulte de la fermentation malolactique est un phénomène

généralement recherché, auquel on doit l'assouplissement des vins jeunes. D'après www.vignevin-sudouest.com et http://www.futura-sciences.com Le 15 octobre 2016, un vigneron suit la fermentation malolactique une cuve de

10 m3. La température ambiante est de 15 °C lorsque la fermentation malolactique débute. La

concentration massique initiale en acide malique dans le vin est de 3,0 g.L-1. avec la copie.

Données :

- masse molaire de l'acide malique : Mmal = 134,0 g.mol-1 ; - masse molaire de l'acide lactique : Mlac = 90,0 g.mol-1 ; - pour simplifier les écritures, on notera les couples acidobasiques, ି pKA1 = 3,46 ିି pKA2 = 5,10 ି pKA = 3,86 CH3 CHC OHO OH + CO2 (g) acide malique acide lactique CCH2 CHC O OH OHO OH

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1. Stéréochimie

1.1. Réécrire l'équation de la réaction chimique modélisant la transformation de l'acide malique en

acide lactique en utilisant les formules topologiques des molécules.

1.2. Entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans la molécule d'acide malique.

lactique.

2. Acidité et vin

L'acide malique est un diacide. Il peut apparaître sous différentes formes en fonction du pH de la

solution.

2.1. Définir la notion d'acide. Justifier alors la notation AH2 utilisée pour

2.2. Représenter les domaines de prédominance, en fonction du pH, des différentes formes de

sant les notations simplifiées indiquées dans les données.

2.3. La concentration en ions oxonium H3O+ dans le vin, en début de fermentation malolactique, est

de 6,3 × 10 4 mol.L-1. Calculer la valeur du pH du vin en début de fermentation.

2.4. En déduire la forme prédominante de l'acide malique dans le vin en début de fermentation

malolactique.

2.5. " la désacidification résultant de la fermentation

malolactique

3. Suivi de la fermentation malolactique

3.1. Montrer que la quantité de matière initiale en acide malique dans la cuve est de

2,2 × 10 2 mol.

3.2. graphique situé en annexe, déterminer la quantité de matière

3.3. La fermentation malolactique est-elle une transformation chimique totale ? Justifier.

3.4. Définir le temps de demi-réaction d'une transformation chimique.

3.5. Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction pour cette fermentation malolactique. On

fera apparaître la méthode utilisée sur le graphique situé en annexe, à rendre avec la copie.

3.6. À partir de quelle date le viticulteur pourra-t-il mettre en bouteille le vin de ses cuves ? Justifier.

3.7. Représenter sur le graphique situé en annexe, à rendre avec la copie quantitative de

la courbe de suivi de la fermentation malolactique si la température ambiante est de 20 °C. Justifierde cette nouvelle condition sur la mise en bouteille.

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4. . Le viticulteur souhaite mettre une cuve en bouteille. Il effectue une chromatographie de

contrôle de la fermentation malolactique sur un échantillon de vin de la cuve. Les résultats sont

présentés ci-dessous :

Dépôt 1 : acide lactique

Dépôt 2 : acide malique

Dépôt 3 : vin à mettre en bouteille

4.1. Le viticulteur peut-il mettre ce vin en bouteille ? Justifier.

4.2. Quel(s) problème(s) veut-on éviter en suivant la fermentation malolactique dans

les vins avant la mise en bouteille ?

5. Spectroscopie RMN du proton et fermentation malolactique

5.1. Parmi les spectres simulés ci-après, lequel pourrait correspondre à l'acide lactique ? Expliciter

la démarche mise en .

Spectre 1

Photographie du chromatogramme Schématisation du chromatogramme 1 2 3

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Spectre 2

5.2. La spectroscopie RMN pourrait-elle être utilisée pour affirmer que la fermentation malolactique

est terminée ? Justifier.

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EXERCICE II QUAND NEWTON VIENT EN AIDE AUX SKATEURS (5 points) La finale de skateboard du FISE WORLD (Festival International des Sports

le 5 mai 2016 à Montpellier. Parmi les nombreuses figures réalisées par les skateurs, les

enchainements de " ollie » et de " grind » se sont succédés.

Comment faire un " ollie » ?

Un " ollie » est la figure de base du skateboard. Il s'agit d'un saut effectué avec la planche Pour réaliser cette figure, il faut donner un bon coup avec votre pied arrière (dessin ci-contre). Il est important de décoller. http://fr.wikihow.com/faire-un-ollie un " ollie grind »

Le skateur avance ollie » lui

glisser alors sur les axes de roues et de réaliser ainsi un " grind ». Cet enchaînement peut se décomposer de la manière suivante :

Données :

- hauteur du rail : h = 45 cm ; - longueur du trajet sur le rail horizontal : L = EF = 2,0 m ; - masse du système S {skateur + planche} : m = 75 kg ; - intensité de la pesanteur : g = 9,8 m.s-2. le référentiel terrestre considéré comme galiléen.

Dans toconsidéré comme indéformable, est

assimilé à un point matériel G situé à une distance H = 1,0 m du support

Pour toutes les phases du mouvement, on

de pesanteur est nulle au niveau du sol. H G

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Première partie : Parcours AB

1.1. Quelle est la nature du mouvement du système S sur le parcours AB ?

1.2. Que peut-on dire, sur ce parcours, des forces exercées sur le système S ? Justifier la réponse.

Deuxième partie : Étude énergétique du " ollie »

Le skateur effectue un "ollie» ; il quitte le sol au point C au moment où sa vitesse est vc = 3,6 m.s-1 ; il

atteint le rail au point E avec la vitesse vE. On néglige les frottements sur le parcours CE.

2.1. Donner les expressions

2.2. En , déterminer

vE au point E en fonction de g, h et vc.

2.3. En déduire la valeur de la vitesse vE au point E.

Troisième partie : Étude énergétique du " grind »

On étudie à présent le mouvement du système S qui glisse sans rouler sur le rail horizontal, du point

E au point F.

Les forces de frottement ne sont pas négligeables, elles sont assimilables à une force Ԧ unique,

constante et opposée au sens du mouvement.

3.1. Le document ci-

énergie potentielle de pesanteur EP, énergie cinétique Ec, et énergie mécanique Em du système

S sur le parcours EF.

Parcours EF

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3.2. Ԧ le long du parcours EF.

3.3. En utilisant la non-déduire la valeur

IԦ.

Quatrième partie : Étude énergétique du mouvement sur la rampe Le skateur quitte le rail, les roues du skate sont de nouveau en contact avec le sol et roulent sans frottement. Le skateur : la vitesse horizontale atteinte a pour valeur vK = 4,5 m.s-1.

4. Le skateur arrive en haut de la rampe avec une vitesse nulle. Déterminer la hauteur de la rampe.

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EXERCICE III -

ème solaire (ou exoplanètes) fai

scientifiques depuis le XIXème siècle. Leur éloignement, mais aussi leur manque de luminosité par

rapport aux étoiles autour desquelles elles tournent, rendent leur détection difficile.

1. Comment la diffraction rend- ?

Un télescope de diamètre D collecte la lumière émise par un objet céleste, puis la renvoie vers un

Actuellement

détails avec un télescope terrestre est principalement limitée par le phénomène de diffraction lié à la

rture circulaire D du télescope atmosphériques sur la qualité des images formées.

La première planète extrasolaire dont on a pu faire une image par observation directe dans le proche

Cette exoplanète orbite à une distance estimée à 55 unités astronomiques (ua 2M1207a, située à 230 années lumières (al) de la Terre. Document 1 : Diffraction par une ouverture circulaire

ș (exprimé en radian)

vérifie la relation șൌȜ ' , où Ȝ D le diamètre de

Écart angulaire et diffraction

Des rayons lu -

télescope terrestre sont représentés dans le schéma ci-dessous : étoile-planète est vue depuis la Terre. Il se calcule grâce à la relation : Įquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

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Qui détermine les sujets du Bac ?

Quels sont les différents sujets de commentaire de texte pour le bac français ?

Qu'est-ce que le phénomène de diffraction?

Quels sont les éléments d'appréciation du sujet 3 du bac 2012?

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BACCALAURÉAT GÉNÉRAL

SESSION 2017

PHYSIQUE-CHIMIE

Série S

Coefficient : 6

Documents à rendre avec la copie :

Annexe I 2/12

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10 m3. La température ambiante est de 15 °C lorsque la fermentation malolactique débute. La

Données :

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1. Stéréochimie

1.1. Réécrire l'équation de la réaction chimique modélisant la transformation de l'acide malique en

1.2. Entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans la molécule d'acide malique.

2. Acidité et vin

2.1. Définir la notion d'acide. Justifier alors la notation AH2 utilisée pour

2.2. Représenter les domaines de prédominance, en fonction du pH, des différentes formes de

2.3. La concentration en ions oxonium H3O+ dans le vin, en début de fermentation malolactique, est

2.4. En déduire la forme prédominante de l'acide malique dans le vin en début de fermentation

2.5. " la désacidification résultant de la fermentation

3. Suivi de la fermentation malolactique

3.1. Montrer que la quantité de matière initiale en acide malique dans la cuve est de

2,2 × 10 2 mol.

3.2. graphique situé en annexe, déterminer la quantité de matière

3.3. La fermentation malolactique est-elle une transformation chimique totale ? Justifier.

3.4. Définir le temps de demi-réaction d'une transformation chimique.

3.6. À partir de quelle date le viticulteur pourra-t-il mettre en bouteille le vin de ses cuves ? Justifier.

3.7. Représenter sur le graphique situé en annexe, à rendre avec la copie quantitative de

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Dépôt 1 : acide lactique

Dépôt 2 : acide malique

Dépôt 3 : vin à mettre en bouteille

4.1. Le viticulteur peut-il mettre ce vin en bouteille ? Justifier.

4.2. Quel(s) problème(s) veut-on éviter en suivant la fermentation malolactique dans

5. Spectroscopie RMN du proton et fermentation malolactique

5.1. Parmi les spectres simulés ci-après, lequel pourrait correspondre à l'acide lactique ? Expliciter

Spectre 1

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Spectre 2

5.2. La spectroscopie RMN pourrait-elle être utilisée pour affirmer que la fermentation malolactique

17PYSCOAG3 6/12

Comment faire un " ollie » ?

Le skateur avance ollie » lui

Données :

Dans toconsidéré comme indéformable, est

Pour toutes les phases du mouvement, on

17PYSCOAG3 7/12

Première partie : Parcours AB

1.1. Quelle est la nature du mouvement du système S sur le parcours AB ?

1.2. Que peut-on dire, sur ce parcours, des forces exercées sur le système S ? Justifier la réponse.

2.1. Donner les expressions

2.2. En , déterminer

2.3. En déduire la valeur de la vitesse vE au point E.

E au point F.

3.1. Le document ci-

S sur le parcours EF.

Parcours EF

17PYSCOAG3 8/12

3.2. Ԧ le long du parcours EF.

3.3. En utilisant la non-déduire la valeur

IԦ.

4. Le skateur arrive en haut de la rampe avec une vitesse nulle. Déterminer la hauteur de la rampe.

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ème solaire (ou exoplanètes) fai

1. Comment la diffraction rend- ?

Actuellement

ș (exprimé en radian)

Écart angulaire et diffraction

Des rayons lu -