Sécurité routière, titrage d'une eau oxygénée, les savons. Bac St2S 2014

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.





Sécurité routière.
On considère une ambulance roulant, à vitesse constante, sur une route rectiligne et horizontale. La masse du véhicule vaut m = 1100 kg. Sa vitesse est de v = 70 km.h-1. On prendra comme valeur de l’intensité de la pesanteur g = 10 N.kg-1.
On rappelle que : 1 m.s -1 = 3,6 km.h-1.
On rappelle que le travail W d’une force F, entre deux points A et B, s’écrit : W=F x AB x cos a ( a angle entre les vecteurs force Fet déplacement AB ).
Un schéma simplifié des forces s’exerçant sur l’ambulance est donné ci-dessous :

Calculer la valeur du poids P de la voiture.
P = m g = 1100*10 = 11 000 = 1,1 104 N.
Quelles sont les forces dont le travail est nul lors de ce déplacement ? Expliquer pourquoi.
Le poids et la réaction normale de la route, perpendiculaires à la vitesse ( ou au déplacement), ne travaillent pas.
Le déplacement s’effectue sur la distance AB = L = 2000 m.
Calculer le travail de F. On donne F = f = 500 N.
Les vecteurs force et  déplacement  ont même direction et même sens : cos a = 1.
W = F x L = 500*2000 = 1,0 106 J.
Ce travail est-il moteur ou résistant ? Proposer une explication.
Ce travail est moteur. F est la force motrice qui permet de vaincre les frottements et à l'ambulance de se déplacer à vitesse constante.
Donner, sans calcul, la valeur du travail de la résultante des forces de frottement.
Le mouvement étant rectiligne uniforme, la somme algébrique des travaux des forces est nul. En conséquence le travail des frottements vaut -1,0 106 J.
Suite à l’apparition d’un obstacle sur la route, le conducteur freine afin d’arrêter son véhicule.
Le document suivant apparaît sur un site Internet traitant de la prévention routière.

Exprimer la distance parcourue d en fonction de la vitesse v et du temps de réaction t. On précisera les unités.
d = v t avec d, distance en mètre, v, vitesse en m s-1 et t le temps en seconde.
Si la voiture roule à la vitesse constante de v = 70 km.h-1, montrer que la distance de réaction est d’environ 19,50 m.
v = 70 / 3,6 = 19,44 m/s ; d = 19,44*1 ~19,5 m.
Donner un facteur qui pourrait augmenter la distance de réaction.
Fatigue, prise d'alcool ou de drogue.
La distance d’arrêt dépend aussi de la distance de freinage comme indiqué ci-dessus.
 De combien varie la distance de freinage lorsque la vitesse du véhicule passe de 50 km.h-1 à 70 km.h-1 ?
Distance de freinage à 50 km/h : 14 m ; distance de freinage à 70 km/h : 28 m ; la distance de freinage augmente donc de 14 m ; elle a doublée.
 Citer deux facteurs qui peuvent influer sur la distance de freinage.
L'état général de la voiture, en particulier pneus et freins ; l'état de la route ( sèche, humide, présence de verglas ou de gravillons ).



Titrage d’une eau oxygénée.
Dans les véhicules médicaux, l’usage de l’eau oxygénée est très répandu pour détruire les virus. Le principe actif de cet antiseptique est le peroxyde d’hydrogène H2O2 (incolore). Avant de l’utiliser, on cherche à vérifier son titre indiqué sur
l’étiquette. Pour cela, on effectue dans un premier temps une dilution de cette solution, trop concentrée pour être directement dosée, puis on effectue un titrage de la solution diluée par une solution de permanganate de potassium (K+ + MnO4 (violet)) de concentration c = 6,00 x 10-2 mol.L-1.
L'étiquette indique " eau oxygénée 10 volumes".
Dilution de la solution commerciale.
On dispose d'une solution d'eau oxygénée trop concentrée pour être directement dosée, il convient de la diluer au 1/10ème.
- éprouvettes graduées de : 5 mL ,10 mL et 50 mL.
- pipettes jaugées de 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL, 25 mL.
- béchers de 50 mL, 100 mL et 200 mL.
- fioles jaugées de 50 mL, 100 mL, 200 mL, 500 mL, 1 L.
- pipette simple.Parmi la verrerie disponible, choisir en justifiant le choix, le matériel nécessaire pour effectuer cette dilution.
Pour une dilution au dixième, prélever 10 mL de solution mère à l'aide d'une pipette jaugée et verser ce prélevement dans une fiole jaugée de 100 mL. Compléter celle-ci avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Boucher et agiter pour rendre homogène.
Étude de l’équation du dosage.
Demi-équations concernées par ce dosage sont les suivantes :
O2(g) + 2 H+ + 2 e- = H2O2(aq).
MnO4-(aq)+ 8 H+ + 5 e- = Mn2+(aq) + 4 H20(l).
Montrer que l’équation de la réaction du dosage s’écrit :
2 MnO4 -(aq)+ 5 H2O2(aq) + 6 H+ -->2 Mn2+(aq)+ 5 O2(g) + 8 H20(l)
Identifier le réactif oxydant puis le réactif réducteur.
L'oxydant
MnO4 -(aq) se réduit et cède des électrons : 2MnO4-(aq)+ 16 H+ + 10 e- = 2Mn2+(aq) + 8 H20(l).
Le réducteur
H2O2(aq) s'oxyde et gagne des électrons :  5H2O2(aq) = 5O2(g) + 10 H+ + 10 e- .
Ajouter :
2MnO4-(aq)+ 16 H+ + 10 e- +5H2O2(aq) = 2Mn2+(aq) + 8 H20(l)+5O2(g) + 10 H+ + 10 e- .
Simplifier :
2MnO4-(aq)+ 6 H+  +5H2O2(aq)= 2Mn2+(aq) + 8 H20(l)+5O2(g).
Étude du montage.
 Nommer les éléments numérotés (1, 2, 3, 4) du dispositif expérimental.

1 : burette graduée ; 2 : becher ; 3 : turbulent magnétique ( petit aimant ) ; 4 : agitateur magnétique.
 Nommer les deux solutions A et B qui figurent sur ce même schéma.
A : solution titrante, permanganate de potassium ; B  solution titrée, eau oxygénée diluée au dixième.
 Titrage de la solution d’eau oxygénée diluée.
Définir l’équivalence du titrage.
A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence, l'eau oxygénée est en excès ; après l'équivalence, le permanganate de potassium est en excès.
Établir la relation entre les quantités de matière n(H2O2) et n(MnO4-) à l’équivalence.
2 moles d'ion permanganate réagissent avec 5 moles d'eau oxygénée ou une mole d'ion permanganate réagit avec 2,5 moles d'eau oxygénée :  n(H2O2) = 2,5 n(MnO4-).
En déduire la relation à l’équivalence entre C(H2O2), C(MnO4-),V(H2O2) et VE.
 n(H2O2) =C(H2O2)V(H2O2) ; n(MnO4-)=C(MnO4-)VE.
C(H2O2)V(H2O2) = 2,5 
C(MnO4-)VE.
 Calculer la concentration molaire volumique en H2O2 de la solution diluée. VE = 9,1 mL ; V(H2O2) = 20,0 mL.
C(H2O2) =2,5 C(MnO4-)VE /V(H2O2) =2,5 *6,00 10-2 *9,1 / 20,0 =6,825 10-2 ~6,8 10-2 mol/L.
En déduire la valeur de la concentration molaire Ccom de la solution commerciale en eau oxygénée.
Ccom = 10 C(H2O2) = 10*6,825 10-2 ~6,8 10-1 mol/L.
Vérification des indications de l’étiquette.
Calculer le titre T de cette solution commerciale en eau oxygénée. Comparer la valeur obtenue avec celle figurant sur l’étiquette.
T = 11,2 Ccom =11,2 *0,6825=7,6 volumes, soit 25 % inférieure à la valeur de l'étiquette.
Proposer une explication pour justifier cette différence.
L'eau oxygénée se décompose lentement en dioxygène et en eau.

.


Les savons.
Dans les ambulances comme dans les hôpitaux, la lutte contre les microbes et bactéries est une priorité absolue. De nombreux produits plus ou moins élaborés sont utilisés mais la règle la
plus importante est de se laver les mains régulièrement avec un savon, tout simplement... Son utilisation est connue depuis l’Antiquité. Un des savons les plus utilisés est l’oléate de
sodium de formule : C17H31-COO- + Na+.
Mode d’action d’un savon.
L’ion oléate peut-être obtenu à partir de l’acide oléique de formule C17H31-COOH.
Cet acide gras est-il saturé ou insaturé ? Expliquer.
C17H31- : une chaîne carbonée saturée à 17 atomes de carbone compte 17*2+1 = 35 atomes dhydrogène. Or elle n'en compte que 31. L'acide oléïque est donc insaturé.
Que signifie le terme hydrophile ?
 "ami de l'eau", qui a une affinité pour l'eau.
Recopier la formule de l’ion oléate et repérer clairement les parties hydrophile et hydrophobe.
La chaîne carbonée
C17H31- est hydrophobe, la tête -COO- est hydrophile.
 En utilisant la notation symbolique de l’ion carboxylate recopier puis compléter le schéma ci-contre en ajoutant quelques ions carboxylates.

Par sa partie 1 lipophile, amie des graisses, le savon se fixe sur une tache de graisse du tissu. La partie 2 du savon, extrémité hydrophile, reste dans l'eau.
En frottant, la tache de graisse se détache du tissu et se trouve entraînée dans l'eau.

Synthèse d’un savon dans un laboratoire.
Nommer la réaction qui permet de produire un savonDonner les deux propriétés de cette réaction.
Saponification ( ou hydrolyse basique) d'un triglycéride, réaction lente, totale.
 Pour synthétiser un savon au lycée, il faut utiliser le montage ci-dessous. Indiquer le nom d’un tel montage. Nommer la partie située dans le rectangle en pointillé du
montage et préciser son rôle.

Le montage à reflux permet d'accélérer la réaction tout en évitant les pertes de matière : les vapeurs se condensent dans le réfrigérant à eau et retombent dans le milieu réactionnel.
L’équation de cette réaction est la suivante :
D.
Après avoir recopié sur votre copie la molécule d’oléine, entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans cette molécule.

Cette molécule est un triglycéride, expliciter cette affirmation.
Il s'agit d'un triester du glycérol et d'acide gras.
Donner la formule semi-développée et le nom du produit D.
Le glycérol HOCH2-CHOH-CH2OH.
Montrer que la quantité de matière correspondant à 1,300 kg d’oléine est de 1,5 mol environ. Données : M(oléine) = 884 g.mol-1.
m / M(oléine) = 1300 / 884 =1,47 ~1,5 mol.
Calculer la quantité de savon (exprimée en moles) obtenue à partir de 1,5 mol d’oléine.
A partir de 1,5 mol d'oléine, on peut obtenir 3*1,5 = 4,5 mol de savon.








  

menu