Physique chimie, SVT, Brevet Polynésie septembre 2019

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Physique chimie.
Dans les grandes villes, la qualité de l’air est contrôlée en permanence, afin de préserver la santé des habitants. Si certains seuils de polluants (ozone, microparticules,...) sont dépassés, les pouvoirs publics prennent des mesures de prévention, comme la réduction de la vitesse des véhicules sur les voies périphériques. On s’intéresse ici à la composition de l’air en ville et à l’apparition de l’ozone en cas de pollution. On étudie ensuite un système de surveillance de la qualité de l’air : le LIDAR.
Question 1 (2,5 points)
Indiquer, parmi la liste des formules chimiques ci-dessous, celles des deux principaux composants de l’air (non pollué) :
H₂, H₂O, CH₄, CO₂, CO, O₂, O₃, N₂, NO, NO₂ .
Diazote et dioxygène.
Les polluants proviennent en partie de la circulation automobile. Les voitures dotées d’un moteur à explosion réalisent la combustion de l’essence et libèrent différents gaz dont le dioxyde de carbone CO₂ et des oxydes d’azote notés NO_x. L’énergie chimique libérée est en partie convertie en énergie cinétique. Le reste est perdu sous forme de chaleur.
Question 2 (3 points)
Sans recopier le diagramme de conversion d’énergie ci-après, affecter à chaque numéro une forme d’énergie en choisissant parmi les termes suivants : énergie chimique, énergie électrique, énergie lumineuse, énergie cinétique et énergie thermique

Question 3 ( 6 points).
Proposer un protocole expérimental qui permet de mettre en évidence la production de dioxyde de carbone CO₂ obtenu lors d’une combustion. La réponse devra être accompagnée par des phrases et des schémas illustrant l’expérience réalisée.
Remplir un bocal avec du dioxygène.
Porter un morceau de charbon à l'incandescence à l'aide d'une bougie.
L'indroduire dans le bocal.
Après combustion, introduire un peu d'eau de chaux dans le bocal. Agiter un peu.
L'eau de chaux limpide se trouble en présence de dioxyde de carbone.

Question 4 (8 points)
En ville, l’ozone de formule O₃ est un gaz polluant. Il se forme par une transformation chimique entre le dioxyde d’azote NO₂ et le dioxygène O₂, en présence de lumière du Soleil.
4a- Donner les compositions atomiques des molécules de dioxygène et d’ozone.
La molécule de dioxygène est constituée de 2 atomes d'oxygène et celle d' ozone de 3 atomes d'oxygène.
4b- La transformation chimique, évoquée ci-dessus, est modélisée par l’équation chimique suivante :
NO2 + O₂ → NO + O₃ en présence de lumière.
Montrer que cette équation respecte la conservation des atomes.
Conservation de l'atome d'azote : un atome de chaque côté de la flèche.
Conservation de l'atome d'oxygène : 4 atomes de chaque côté de la flèche.

Le LIDAR permet notamment d’analyser la composition de l’air et de repérer certains gaz. Il fonctionne à l’aide d’un laser qui émet, pendant un très court instant, une onde électromagnétique du même type que la lumière. Ce signal se déplace à la vitesse de 300 000 km/s.
Question 5 (5,5 points)
Le signal met 3 μs pour aller jusqu’à la zone analysée et revenir au récepteur. Déterminer la distance entre le LIDAR et la zone analysée. Expliquer la démarche en quelques phrases, et préciser la relation utilisée.
On rappelle 1 μs = 10^-6 s.
Distances aller + retour = c t avec c = 300 000 km /s et t = 3 10^-6 s.
Distance Lidar - zone analysée = 300 000 x 3 10^-6 / 2 = 0,45 km = 450 m.

SVT.
Dans ce sujet, on s’intéressera à l’intolérance au lactose.
Le lactose est un sucre naturellement présent dans le lait et les produits laitiers. Chez les personnes dites intolérantes au lactose, la consommation de produits laitiers contenant du lactose peut entrainer certains troubles intestinaux au cours de la digestion : douleurs abdominales, ballonnements, diarrhées. Par conséquent, les personnes intolérantes au lactose ont tendance à supprimer tous les laitages de leur alimentation. Or, d’après les recommandations du « Programme National Nutrition Santé », les laitages sont indispensables pour satisfaire les apports en calcium.
Sachant que les troubles digestifs de l’intolérance au lactose se manifestent, en général, lorsque la dose de lactose dépasse 12 grammes par repas, un adulte intolérant au lactose a choisi de consommer hier :
- un demi bol de lait au petit déjeuner ;
- deux portions de fromage à pâte pressée au repas du midi ;
- un yaourt au repas du soir.
Question 1 (7 points)
Montrer que cet adulte a eu un bon comportement alimentaire pour éviter des troubles intestinaux liés au lactose et satisfaire ses besoins en calcium. Vous appuierez votre réponse sur un ou des calculs.
Un demi-bol de lait apporte 6,5 g ( < 12 g) de lactose et 150 mg de calcium.
2 portions de fromage à pâte pressée apportent moins de 0,2 g de lactose et 700 mg de calcium.
Un yaourt nature apporte 4 g ( < 12 g) de lactose et 175 mg de calcium.
Les apports conseillés en calcium sont au minimum de 900 milligrammes par jour pour un adulte.
(700 +150 +175) > 900 mg de calcium.

Les personnes intolérantes au lactose sont soignées grâce à des médicaments (comprimés) contenant de l’enzyme lactase. Des élèves souhaitent vérifier l’efficacité de ces comprimés.
La digestion du lactose se déroule à 37 °C selon la réaction chimique suivante :
Lactose + eau ----> glucose + galactose en présence de l'enzyme lactase.
Question 2 (10 points)
Les élèves sont parvenus à conclure que l’enzyme lactase contenue dans les comprimés facilite la transformation du lactose en glucose et galactose.
Proposer un protocole expérimental et les résultats obtenus, qui leur ont permis d’arriver à cette conclusion. La réponse attendue peut être sous forme de schémas et/ou d’un texte.
Tube à essais n°1 : 5 mL de solution de lactose ou de lait.
Placer dans un incubateur à 37°C durant 5 minutes.
La bandelette de tétection de la présence de glucose ne change pas de couleur.
Tube à essais n°2 : 5 mL de solution de lactose ou de lait + 1 mL de solution d'enzyme lactase
Placer dans un incubateur à 37°C durant 5 minutes.
La bandelette de tétection de la présence de glucose change de couleur.

On s’intéresse à l’effet des comprimés au sein de l’organisme.
La digestion du lactose dans l’organisme est réalisée par l’enzyme lactase fixée uniquement dans la membrane des cellules absorbantes de l’intestin grêle. Les deux sucres produits (glucose et galactose) sont absorbés en totalité par ces cellules avant de rejoindre la circulation sanguine. Il n’y a plus de lactose dans l’intestin à la sortie de l’intestin grêle.
Un individu intolérant au lactose possède des cellules intestinales qui sont capables de réaliser l’absorption intestinale mais qui ne possèdent pas d’enzyme lactase. Le lactose n’est alors plus digéré dans l’intestin grêle par manque d’enzyme lactase. Le lactose poursuit son trajet jusqu’au gros intestin où il est digéré par les micro-organismes intestinaux, ce qui produit uniquement des gaz et des acides à l’origine des troubles intestinaux présents chez une personne intolérante au lactose.
Les comprimés agissent uniquement dans l’estomac où se déroule alors la totalité de la digestion du lactose. Il n’y a donc plus de lactose à l’entrée de l’intestin grêle.
Trois individus A, B et C ont consommé chacun un bol de lait de vache. Le lait de vache contient un seul sucre, le lactose.
Cocher la ou les molécules (sucres, enzyme lactase) lorsqu’elle(s) est/sont présente(s) dans les différents organes de l’appareil digestif chez ces individus.