G1SPHCH02763 Sujet 080
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CLASSE : Première
ENSEIGNEMENT : physique-chimie
DURÉE DE L’ÉPREUVE : 2 h
☒ Ce sujet contient des parties à rendre par le candidat avec sa copie. De ce fait, il ne peut être
dupliqué et doit être imprimé pour chaque candidat afin d’assurer ensuite sa bonne numérisation.
Nombre total de pages : 9
PARTIE A
L’objectif de l’exercice est d’étudier l’acide glyoxylique et l’urée, puis un protocole de synthèse
de l’allantoïne au laboratoire.
Données
Données physiques de quelques espèces chimiques
Masse molaire Température
Espèce chimique Solubilité dans l’eau
(g/mol) de fusion (°C)
Urée 60,0 134 Très soluble : 1360 g/L à 20°C
Acide glyoxylique 74,0 98 Très soluble
Peu soluble,
Allantoïne 158,1 238 150 g/L si eau bouillante
5 g/L si eau très froide
Acide sulfurique 98,1 734 Très soluble
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Données de spectroscopie infrarouge
Nombre
Liaison Intensité
d’onde (cm-1)
Liaison C – NH2 3100 - 3500 Bande double forte
Liaison C - NH 3100 - 3500 Bande simple forte
Liaison O – H acide carboxylique 2500-3200 Bande forte à moyenne, large
Liaison C – H 2800-3000 Bande forte
Liaison C = O avec N voisin 1660 - 1685 Bande forte et fine
Liaison C = O aldéhyde et cétone 1650-1730 Bande forte et fine
Liaison C = O acide carboxylique 1680-1710 Bande forte et fine
Liaison C = C 1640-1680 Bande moyenne
L’acide glyoxylique est un solide, très utilisé dans l’industrie, de formule semi-développée :
O O
C C
H OH
1.1. Recopier sur la copie la formule semi-développée de la molécule d’acide glyoxylique
et identifier les groupes caractéristiques qui la composent.
1.2. Représenter le schéma de Lewis de la molécule.
1.3. Donner, en justifiant, la géométrie de cette molécule autour de l’un ou l’autre des
atomes de carbone.
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D’après http://www.societechimiquedefrance.fr/uree.html
2.1. Donner la configuration électronique de l’azote N et de l’hydrogène H. En déduire la
géométrie de la molécule d’ammoniac.
2.2. Justifier le caractère polaire de la molécule d’ammoniac.
2.3. On s’intéresse au spectre Infrarouge de l’urée.
3. Synthèse de l’allantoïne
Une voie de synthèse de l’allantoïne s’effectue à partir d’urée et d’acide glyoxylique et peut
être modélisée par une réaction chimique d’équation suivante :
2 CH4 N2 O(s) + C2 H2 O3(aq) → C4 H6 N4 O3(s) + 2 H2 O(l)
a. Placer un barreau aimanté dans un erlenmeyer de 100 mL puis, à l’aide d’un entonnoir
à solide, verser 13,6 g d’urée et 10,0 mL de solution aqueuse d’acide glyoxylique à 50%
en masse. Agiter jusqu’à l’obtention d’une solution limpide. Introduire lentement 1,5 mL
d’acide sulfurique concentré, sous agitation magnétique. L’acide sulfurique a pour rôle
d’accélérer la réaction. Adapter un réfrigérant ascendant.
b. Placer l’erlenmeyer dans un bain-marie. Maintenir l’agitation, le chauffage et l’ébullition
de l’eau du bain-marie pendant 45 minutes. Le milieu réactionnel se trouble au bout de
15 à 20 minutes avec l’apparition d’un précipité blanchâtre.
c. Plonger ensuite le bécher dans de la glace pendant quelques minutes. Récupérer le
solide à l’aide d’un dispositif de filtration sous vide de type Büchner.
d. Laver avec suffisamment d’eau glacée. Sécher à l’étuve le temps nécessaire.
e. Peser le solide obtenu.
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3.1. Associer aux différentes étapes (a, b, c, d, e) mises en oeuve les différentes étapes
d’un protocole de synthèse : transformation ; séparation, purification, analyse.
3.2. Préciser Expliquer l’apparition progressive du précipité blanchâtre.
3.3. Justifier l’utilisation de la glace dans l’étape c.
3.4. Justifier l’intérêt de laver à l’étape d du protocole, le solide obtenu avec
suffisamment d’eau glacée.
3.5. Déterminer le rendement de la synthèse ainsi effectuée, sachant que la masse
d’allantoïne sèche obtenue vaut m = 8,60 g.
PARTIE B
Aspects énergétiques des phénomènes électriques (10 points)
À la maison, l’électricité́ est facile d’accès, semble inépuisable et nombre de ses utilisations
ne peuvent pas être remplacées par une autre source d’énergie. Ces usages spécifiques
représentent plus de la moitié de la consommation d’électricité́ des ménages, chaque foyer
possédant en moyenne près d’une centaine d’appareils électriques ou électroniques.
L’efficacité́ énergétique de nos équipements électriques s’améliore régulièrement. Pourtant,
notre consommation d’électricité́ ne cesse d’augmenter : la consommation d’électricité́ pour
les petits appareils électroménagers a doublé en vingt ans.
Maitriser sa consommation d’électricité́ , c’est possible : il suffit souvent de bien choisir ses
équipements, de bien les utiliser et de bien les entretenir.
Une famille profite de la foire de Paris pour acheter du nouveau petit électroménager.
Dans les stands, ils repèrent un grille-pain, une machine à café et une bouilloire.
La famille compte utiliser le grille-pain 5 minutes par jour tous les jours lors du petit-déjeuner.
Les deux parents prennent chacun un café par jour.
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Consommations moyennes des appareils électriques d’une famille dans la cuisine.
Données :
- l’énergie thermique 𝐸 reçue par une masse m d’eau lors de la variation de sa température
est proportionnelle à cette variation :
𝐸 = 𝑚. 𝑐. (𝑇2 − 𝑇1 )
avec m la masse d’eau en kg, c la capacité́ thermique massique de l’eau : c = 4185 J.kg–
1.K–1 et T -T : l’élévation de température en °C ou en K ;
2 1
- 1 kWh = 3,6.106 J ;
- masse volumique de l’eau : 𝜌 = 1,0 kg. L−1.
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1.3. Calculer la consommation supplémentaire d’énergie qu’apporterait l'usage de la
machine à café et du grille-pain sur une année. En déduire la dépense engendrée en
euros sur une année.
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Initialement la température de l’eau est T1 = 28,1 °C.
On déclenche le chronomètre au moment où allume le générateur.
Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous.
Résistance
immergeable
A R
V R’
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3.3. On montre que :
𝑅. 𝐼 2
(𝑇 − 𝑇1 ) = .𝑡
𝑚𝑐
avec m la masse d’eau introduite, c la capacité thermique massique de l’eau. Déterminer la
valeur du volume d’eau V introduit dans le calorimètre à l’aide du graphe. On prendra
R = 5,4 Ω.
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Annexe à rendre avec la copie
Question 3.2.
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