La maison écologique, bac STL 2021. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . .. .. ...... ... 1.1. Calculer le volume maximal Vmax܄ d’eau de pluie récupérable par an pour un toit ondulé en pente bien entretenu de surface Stoit = 50 m2 à Auxerre. Vmax = p Stoit KT Kf. p  = 0,700 m précipitations annuelles. KT = 0,80 coefficient de restitution. KF = 0,90 coefficient de rendement hydraulique. Vmax = 0,700 x 50 x0,80 x 0,90 =25,2 m3.  1.2. Calculer combien de fois la cuve pourra être remplie par an. Données Hauteur de la cuve : H = 1,00 m. Surface de la base de la cuve : Scuve = 5,00 m2. Volume de la cuve : H Scuve = 5,00 m3. La cuve pourra être remplie 5 fois par an. Pour vérifier le volume d’eau contenu dans la cuve de récupération, celle-ci est équipée d’un capteur. 1.3. Indiquer si les ondes utilisées par le capteur sont des ondes électromagnétiques ou des ondes mécaniques. Justifier la réponse.  1.4. Indiquer à quel domaine ces ondes appartiennent. La sonde utilise des ondes ultrasonores de fréquence 40 kHz. Ce sont des ondes mécaniques. La sonde permet d’obtenir des mesures de hauteur. Les oscillogrammes présentés ci-dessous en sont une illustration. 1.5. Associer à chaque situation A et B présentée ci-dessous l’oscillogramme 1 ou 2 qui lui correspond. Expliquer votre démarche. Situation A : la distance entre le capteur et l'eau est faible. La durée séparant l'émission et la réception sera courte. Oscillogramme 2. Situation B : la distance entre le capteur et l'eau est 2 fois plus grande qu'en A. La durée séparant l'émission et la réception sera 2 fois plus grande. Oscillogramme 1. 1.6. Déterminer la durée Dt entre l’émission et la réception du signal pour la cuve étudiée (oscillogramme 2.). 4 divisions soit 4,00 ms. 1.7. Vérifier alors que la hauteur h mesurée entre le capteur et la surface de l’eau vaut 68,0 cm. 2 h = c Dt avec  c = 340 m /s. h = 340 x 4,0 10-3 / 2 =0,68 m.   Un point de pompage, dans la cuve, permet d’envoyer l’eau de pluie récupérée dans les installations sanitaires. Ce point de pompage est situé à une hauteur h’ = 25,0 cm du fond de la cuve.  1.8. Vérifier alors si le niveau de l’eau de pluie récupérée est suffisant pour le système de pompage. Hauteur d'eau dans la cuve : 1,0-0,68 = 0,32 m, valeur supérieure à h' = 0,25 m. Une autre sonde est testée en laboratoire dans des conditions expérimentales similaires à l’utilisation de la sonde commerciale dans la cuve. 1.9. Justifier la relation de la ligne 17 du programme du microcontrôleur. h = v * t / 2 / 10000. h : distance en cm entre l'objet et la sonde. v = 340 m /s, vitesse du son dans l'air. t durée entre l'émission et la réception en microseconde. h x 10-2= v t x10-6 / 2 ; h = v t 10-4 / 2 = v t /2 / 10000. . Les résultats des mesures de la hauteur h par la sonde HC-SR04 sont présentées dans le tableau cidessous : mesure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 h(cm) 68;0 65,5 68,0 68,0 67,9 67,9 68,0 68,0 68,0 67,9 67,8 68,0 67,9 67,9 68,0 1.10. Calculer l’incertitude-type u(h) sur la mesure de la hauteur h avec un écart type expérimental de 0,64 cm. u(h) = 0,64 / 15½ =0,165 ~0,17 cm.  1.11. Proposer au minimum 2 avantages et 2 inconvénients de chaque sonde dans le cadre d’une utilisation dans une cuve de récupération. Avantages : plage de mesures importante, jusu'à 15 m. Robustesse, bonne étanchéité, connectivité Bluetooth. Inconvénients : prix élevé 1000 €. Durée de vie inconnue. Acidité de l'eau de pluie. Parmi les différentes espèces chimiques intervenant dans l’acidité de l’eau de pluie, on ne s’intéresse dans la suite qu’au dioxyde de carbone. Deux couples acides/bases sont alors mis en jeu : CO2, H2O aq / HCO3-aq et HCO3-aq / CO32-aq.  A.1. Citer un moyen d’estimer le pH d’une solution. Utiliser un papier indicateur universel de pH.  A.2. Justifier que le dioxyde de carbone dissout CO2, H2O aq est un acide au sens de Brönsted. CO2, H2O aq est susceptible de réagir avec l'eau  en donnant H3O+aq , c'est donc un acide an sens de Brönsted. A.3. Établir le diagramme de prédominance mettant en jeu les deux couples acide/base.  A.4. La valeur du pH de l’eau de pluie récupérée dans la cuve est de 4,8 à 25° C. Déterminer alors l’espèce chimique prédominante dans cette eau de pluie. A pH inférieur à 6,4, CO2, H2O aq prédomine.  A.5. Établir l’équation de la réaction du dioxyde de carbone dissout  avec l’eau. CO2, H2O aq + H2O(l) = HCO3-aq + H3O+aq. A.6. En déduire l’expression littérale de la constante d’acidité Ka liée à la réaction du dioxyde de carbone dissout  avec l’eau. Ka = [HCO3-aq] [H3O+aq] / [CO2, H2O aq].  D’après un rapport d’office parlementaire du sénat sur la qualité de l’eau, une eau de pluie est considérée comme très acide dans le cas où  [HCO3-aq] / [CO2, H2O aq] <  0,040.  A.7. Calculer le quotient [HCO3-aq] / [CO2, H2O aq] pour l’eau de pluie récupérée et conclure sur son caractère très acide. [HCO3-aq] / [CO2, H2O aq] = Ka / [H3O+aq]  =10-6,4 / 10-4,8 =10-1;6 ~ 0,025. 0,025 < 0,040, l'eau est considérée comme très acide. ... .... Analyse des ions chlorure dans l’eau du robinet. Introduire dans un bécher un volume V = 50,00 mL d'eau du robinet (ramené à pH = 7). Ajouter 3 gouttes d’une solution jaune de chromate de potassium à 10 %.  Ajouter petit à petit une solution de nitrate d'argent au moyen d'une burette graduée.  Stopper l’ajout de la solution de nitrate d’argent dès l'apparition d'un précipité de teinte orangée. B.1. Dans le cadre du mode opératoire présenté , donner le nom de la verrerie à utiliser pour prélever les 50,00 mL d’eau de pluie à tester. On mesure un volume précis à l'aide d'une pipette jaugée de 50,00 mL.  B.2. Schématiser le dispositif expérimental de ce dosage par titrage. Légender le matériel et les espèces chimiques engagées.  B.3. Expliquer le rôle de la solution de chromate de potassium. Indicateur coloré de fin de réaction.  D’après l’Anses (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) la norme concernant la concentration en masse des ions chlorure dans l’eau du robinet provenant du réseau d’eau de la ville ne doit pas excéder en moyenne 250 mg / L.  B.4. Vérifier que la concentration en quantité de matière des ions chlorure  dans l’eau du robinet respecte cette norme. Concentration en ion argent [Ag+] = 2,0 10-3 mol / L ; volume équivalent : Ve = 4,6 mL. Quantité de matière d'ion argent à l'équivalence : n = [Ag+] Ve = 2,0 10-3 x 4,6 = 9,2 10-3 mmol. Ag+aq + Cl-aq = AgCl(s). Quantité de matière d'ion chlorure dans 50,0 mL d'eau : 9,2 10-3 mmol. [Cl- ] =9,2 10-3 / 50,0 =1,84 10-4 mol / L. Soit 1,84 10-4 M(Cl) =1,84 10-4  x 35,5 =6,53 10-3 g / L ~ 6,5 mg / L. La norme est respectée. B.5. Exposer deux risques liés à la mise en œuvre de ce mode opératoire et proposer deux moyens de manipuler en sécurité. Le chromate d'argent est cancérogène, mutagène et présente des risques pour l'environnement. Travail sous hotte aspirante, port de blouse, gants et lunette. Ne rien jeter à l'évier. Etude du fluide caloporteur dans le chauffe-eau solaire. Étude du propylène glycol.  L’un des constituants du fluide caloporteur utilisé dans le chauffe-eau solaire est le propylène glycol. C.1.1. Nommer la fonction doublement présente dans la molécule de propylène glycol. C.1 C.1.2 Choisir parmi les spectres infrarouges n°1 et n°2 ci-dessous celui qui correspond à la molécule de propylène glycol. De plus l'autre spectre  :  présente une bande forte et fine vers 1700 cm-1 ( C=O) ne présente pas de bande large et forte vers 3400 cm-1 ( OH lié). Le propylène glycol peut être obtenu par substitution nucléophile à partir du 2-bromopropan-1-ol dont voici l’équation bilan de la réaction : Deux mécanismes réactionnels (SN1 et SN2) de cette réaction chimique sont étudiés. Le premier mécanisme est présenté ci-dessous : C.1.3. Déterminer à l’aide de la théorie VSEPR la géométrie du carbocation formé lors du mécanisme réactionnel de la substitution nucléophile SN1. Le carbone central est lié à trois groupes d'atomes et ne porte aucun doublet non liant. Type AX3 triangulaire plan.  Le deuxième mécanisme est étudié dans la question suivante.  C.1.4. Représenter les flèches courbes du mécanisme réactionnel de la substitution nucléophile SN2. C.2. Étude du chauffage du fluide caloporteur. C.2.1. Citer la source primaire d’énergie apportée au chauffe-eau. Energie solaire. C.2.2. Nommer le mode de transfert d’énergie mis en jeu entre le corps de chauffe et le fluide caloporteur. L'énergie provenant du Soleil est absorbée par ce corps de chauffe qui la transfère au fluide caloporteur par conduction.  Le fluide caloporteur circule avec un débit volume DV constant de 20,0 L / h. Une sonde mesure une température qe du fluide à l’entrée du corps de chauffe de 14,9 °C, et une température qs du fluide à la sortie du corps de chauffe de 35,2 °C. On appelle m la masse de fluide caloporteur circulant dans le corps de chauffe pendant une durée de une heure.  C.2.3. Calculer la valeur de la masse m.  Capacité thermique massique du fluide caloporteur : c = 3900 J ∙ kg-1K-1.  Masse volumique du fluide caloporteur : r = 1,02 kg ∙ L-1. m = 20,0 x 1,02 = 20,4 kg. 2.4. À l’aide de la relation Q=m×c×(qs-qe), calculer l’énergie Q circulant dans le corps de chauffe pendant une durée de une heure. Q = 20,4 x 3900 x( 35,2 -14,9)=1,615 106 ~1,62 106 J. C.2.5. En déduire la puissance thermique reçue Preçue par le fluide caloporteur dans le corps de chauffe. Preçue = Q / durée = 1,615 106 / 3600 ~449 W.  La puissance P absorbée par le corps de chauffe est de 830 W.  C.2.6. Vérifier que le rendement du corps de chauffe a une valeur voisine de 55 %. 449 / 830 =0,54 ( 54 %).  C.2.7. Interpréter la valeur du rendement obtenu. Ce rendement reste assez faible.

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