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Le candidat doit rdiger ses rponses sur un second fichier, et peut demander  un assistant ou  un secrtaire de recopier sa production de faon manuscrite sur une copie.
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po `1
`24-tlspclme`1
braille intgral
baccalaurat technologique
preuve d'enseignement de spcialit
session `2024
sciences et technologies de laboratoire
sciences physiques et chimiques en laboratoire
jeudi `20 juin `2024
dure de l'preuve: `3 heures
volume `1: sujet
l'usage de la calculatrice avec mode examen actif est autoris.
l'usage de la calculatrice sans mmoire "type collge" est autoris.
ds que ce document vous est remis, assurez-vous qu'il est complet.
dans la version originale, ce document comporte `14 pages numrotes de `1/14  `14/14. la version en braille intgral est compose de deux volumes:
-- le sujet comportant `36 pages numrot de `1  `36;
-- une annexe de `17 planches tactiles. l'ensemble des planches tactiles est propos sur papier thermogonfl.
les planches tactiles no`2, `3, `4, `5, `7 et `8 sont  rendre avec la copie. des feuilles plastiques sont  disposition du candidat pour les questions :a.`1, a.`3, b.`5, b.`7 et b.`8
le candidat traite obligatoirement les `4 parties proposes dans l'ordre de son choix.
po `2
fabrication de savons artisanaux
ce sujet, compos de `4 parties indpendantes, aborde les diffrentes tapes de la fabrication de savons artisanaux.
partie a -- `4 points:
tude de la transformation de saponification
repres:
-- synthses chimiques
-- mcanismes ractionnels
partie b -- `8 points:
contr4le qualit des ractifs de la transformation de saponification
repres:
-- solubilit
-- conductivit
partie c -- `4 points:
prparation de la p1te de savon et moulage
repres:
-- changeurs, chaudires et transferts thermiques
-- ondes mcaniques et lectromagntiques
partie d -- `4 points:
contr4le du remplissage du moule
repres:
-- ondes mcaniques et lectromagntiques
-- analyse et contr4le des flux d'informations sommaire
partie a `6
partie b `10
partie c `19
partie d `26
po `3
partie a: tude de la transformation de saponification
sous l'action d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium concentre, appele "lessive de soude", les triesters contenus dans l'huile vgtale se fragmentent: il se forme des ions carboxylate (qui permettront l'obtention du savon) et du glycrol.
cette transformation s'appelle une saponification.
document `1: quation de la raction de saponification
`;voir planche tactile no`1'
a.`1. entourer, sur le :document-rponse  rendre avec la copie `;planche tactile no`2', les groupes caractristiques des molcules de triester et de glycrol et nommer les fonctions chimiques correspondantes. 
le mcanisme ractionnel de la saponification est donn dans le :document-rponse  rendre avec la copie.
a.`2. identifier le nom du type de raction (addition, substitution, limination, acide/base) correspondant  l'tape no`1 du mcanisme ractionnel.
a.`3. complter les tapes no`1 et no`2 du mcanisme ractionnel en ajoutant les flches courbes modlisant le dplacement des doublets d'lectrons sur le :document-rponse  rendre avec la copie `;planches tactiles no`3, `4 et `5'.
on ralise une saponification avec une masse `m?1"100,0 g triester et un excs d'hydroxyde de sodium en solution aqueuse.
donnes:
-- masse molaire du triester: `m?1"884 g*mol^-1;
-- masse molaire du savon: `m?2"304 g*mol^-1.
a.`4 calculer la valeur de la quantit de matire `n?1 du triester introduit dans le mlange ractionnel.
on suppose que la transformation chimique de saponification est totale.
a.`5 en dduire que la quantit de matire maximale de savon form vaut `'n?max;"0,339 mol.
a.`6  la fin de la transformation, on obtient une masse `m?2"76,4 g de savon. calculer la valeur du rendement de la synthse.
po `4
partie b: contr4le qualit des ractifs de la transformation de saponification
la "lessive de soude" est une solution aqueuse trs concentre d'hydroxyde de sodium `(na^!(aq)!ho^-(aq)) prpare  partir d'un solide blanc d'hydroxyde de sodium.
document `2: danger de l'hydroxyde de sodium
`;voir planche tactile no`6'
extrait de la fds de l'hydroxyde de sodium (naoh):
danger: h`314 -- provoque de graves br5lures de la peau et de graves lsions des yeux.
la gravit des lsions dpend de la quantit applique, de la concentration de la solution et du temps de contact.
prparation de la solution aqueuse de "lessive de soude"
b.`1 en exploitant le document `2, nommer les quipements de protection individuelle ncessaires pour manipuler une "lessive de soude" en toute scurit.
b.`2 l'quation qui modlise la dissolution de l'hydroxyde de sodium dans l'eau est:
`naoh(s) 7 na^!(aq)  !ho^-(aq)
donner l'expression du produit de solubilit `k?s associ  cette quation de dissolution.
b.`3 sachant que le produit de solubilit de l'hydroxyde de sodium naoh(s) est `k?s"742,6  `20 oc, exprimer sa solubilit `s en fonction de `k?s puis calculer sa valeur.
contr4le qualit de la solution
on dispose d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium "lessive de soude" `s?0 dont on souhaite vrifier la concentration en quantit de matire d'hydroxyde de sodium `c?0. on dilue `25 fois la solution `s?0 pour obtenir la solution `s?b que l'on dose par titrage.
b.`4 on souhaite prparer un volume de `500,0 ml de la solution `s?b. la verrerie  disposition est la suivante:
-- pipettes jauges de `5,0 ml, `10,0 ml et `20,0 ml;
-- fioles jauges de `100,0 ml, `200,0 ml et `500,0 ml.
choisir, en justifiant, les deux instruments de verrerie permettant de prparer la solution `s?b.
on ralise un titrage conductimtrique d'un volume `v?b"20,0 ml de solution `s?b par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique `s?a(h?3o^!(aq)!cl^-(aq)) de concentration en quantit de matire `c?a"5,00*10^-1  mol*l^-1. la courbe de suivi conductimtrique est reprsente sur :le document-rponse  rendre avec la copie `;planche tactile no`8'.
l'quation de la raction support du titrage est:
`h3o^!(aq)!ho^-(aq)  5 2h2o(l)
b.`5 complter les lgendes numrotes de `1  `4 sur le schma du dispositif de titrage conductimtrique sur :le document-rponse  rendre avec la copie `;planche tactile no`7'.
po `5
b.`6 dfinir l'quivalence d'un titrage.
donnes:
conductivits molaires ioniques  `25 oc:
`;tableau trait en colonne'
`l^o: (en ms*m^2*mol^-1)
ion l^o
na^! `5,01
cl^- `7,63
ho^- `19,9
h3o^! `35,0
la conductivit s d'une solution s'exprime  partir de la loi de kohlrausch:
`s"s??il?i^o*x?i
o `x?i dsigne la concentration en quantit de matire d'une espce chimique ionique `x?i et `l?i^o la conductivit molaire ionique de cette espce.
b.`7 interprter le changement de pente observ sur la courbe de suivi conductimtrique fournie dans le :document-rponse  rendre avec la copie `;planche tactile no`8' en s'appuyant sur les donnes.
b.`8 dterminer la valeur `v?e du volume vers  l'quivalence du titrage,  l'aide d'une construction graphique sur le :document-rponse  rendre avec la copie `;planche tactile no`8'.
b.`9 dterminer la valeur de la concentration en quantit de matire d'hydroxyde de sodium de la solution `s?0.
ce titrage a t ralis `9 fois. les `9 mesures ont donn les rsultats suivants:
-- valeur moyenne de la concentration:
`:c?0"8,73 mol*l^-1;
-- valeur de l'cart-type exprimental:
`'s?n-1;"0,094 mol*l^-1.
document `3: compatibilit du rsultat d'une mesure avec une valeur de rfrence
-- calcul d'une incertitude-type `u(:x) sur la moyenne `:x d'une srie de mesure:
`'u(:x)"s?n-1;/@n o `'s?n-1; est l'cart-type exprimental et n le nombre de valeurs mesures.
-- calcul de l'cart normalis:
`'z":x-x?rfrence;  /u(:x);
lorsque `z22, on considre que le rsultat de la mesure est compatible avec la valeur de rfrence.
lorsque `z@2, on considre que le rsultat de la mesure n'est pas compatible avec la valeur de rfrence.
b.`10 dterminer la valeur de l'incertitude-type `u(:c?0) sur la concentration en quantit de matire d'hydroxyde de sodium `c?0 de la solution `s?0.
b.`11 en dduire si la valeur de `:c?0 est compatible avec la valeur de rfrence, qui vaut `8,75 mol*l^-1. conclure sur la qualit de la "lessive de soude".
po `6
partie c: prparation de la p1te  savon et moulage on s'intresse  une installation industrielle de fabrication du savon. le dispositif est schmatis dans le document `4.
la transformation de saponification entre les huiles et la "lessive de soude" est effectue dans un racteur, dans lequel une sonotrode gnre des ondes ultrasonores.
document `4: schma du montage utilis pour la fabrication de la p1te  savon
voir planche tactile no`9
contr4le de la temprature des ractifs
la lessive de soude et l'huile ont des tempratures initiales trs diffrentes. deux changeurs thermiques permettent de diminuer cet cart avant introduction dans le racteur. un circuit d'eau unique permet de refroidir la "lessive de soude" dans l'changeur `e?1 puis de rchauffer l'huile dans l'changeur `e?2. la caractristique de l'changeur `e?2 est donne dans le document `5.
document `5: caractristique de l'changeur `e?2
voir planche tactile no`10
puissance thermique transfre dans l'changeur:
`'p?2"u*s*dj?m2;, o:
-- `'dj?m2;"19oc est l'cart de temprature moyen entre les deux fluides;
-- `s"1,0 m^2 est la surface d'change;
-- `u"1200 w*m^-2*oc^-1 est le coefficient global d'change.
po `7
c.`1 indiquer si l'changeur thermique `e?2 fonctionne  co-courant ou  contre-courant, en justifiant la rponse.
la puissance transfre dans l'changeur `e?1 vaut `p?1"28 kw. on note `p?2 la puissance transfre dans l'changeur `e?2. pour envisager un circuit d'eau unique, il faut que `p?12p?2.
c.`2 calculer la valeur de la puissance `p?2 et conclure.
transformation chimique au sein du racteur
document `6: formation et volution d'une bulle soumise aux ultrasons
`;voir planche tactile no`11'
la sonotrode gnre des ondes ultrasonores qui se propagent dans le milieu ractionnel. le phnomne de cavitation acoustique se produit: il y a formation, croissance et implosion de bulles de gaz dans le milieu. la brusque implosion de ces bulles de gaz de quelques micromtres de diamtre est accompagne d'effets locaux trs intenses, notamment l'augmentation de la temprature.
c.`3 dterminer l'intr2t de la cavitation acoustique sur la cintique de la raction de saponification en s'appuyant sur le document `6.
document `7: domaines de frquence des ondes sonores
`;voir planche tactile no'`12
document `8: tension aux bornes de la sonotrode
l'volution au cours du temps de la tension `u?e aux bornes de la sonotrode est reprsente ci-dessous planche tactile no`7. cette tension lectrique a la m2me frquence que les ondes gnres par la sonotrode.
voir planche tactile no`13
po `8
c.`4 justifier que la sonotrode met bien des ondes ultrasonores, ce qui permettra le phnomne de cavitation.
moulage de la p1te  savon
une fois la transformation de saponification termine, la p1te de savon est dverse dans un moule de volume `v"0,040 m^3.
c.`5 montrer qu'un dbit volumique `q?v"1,3*10^-4m^3*s^-1 est ncessaire pour remplir le moule en `5,0 minutes. 
on rappelle que l'aire d'une section circulaire d'un tuyau de diamtre d a pour expression `'s"p*d^2;/4.
c.`6 en dduire la valeur du diamtre d de la section circulaire que doit avoir la canalisation de vidage du racteur pour que la vitesse d'coulement v soit gale  `0,20 m*s^-1.
po `9
partie d: contr4le du remplissage du moule
on s'intresse  deux procds de contr4le du remplissage du moule: un dtecteur de niveau  lames vibrantes et un capteur de masse contr4l par un microcontr4leur.
dtecteur de niveau  lames vibrantes
document `9: principe de fonctionnement d'un dtecteur du niveau d'un fluide  lames vibrantes
le dispositif est constitu de deux lames mtalliques places au-dessus du fluide dont on cherche  dtecter le niveau. le moteur du dispositif est rgl de telle sorte que les lames mtalliques vibrent  leur frquence de rsonance.
lorsque le niveau du fluide atteint les lames, leur vibration est amortie.
pour utiliser un dtecteur de niveau  lames vibrantes, il faut dterminer au pralable la frquence de rsonance des lames.
on tudie en laboratoire les vibrations d'une lame mtallique en rgime d'oscillations forces afin de dterminer sa frquence de rsonance. le dispositif permet de mesurer une tension lectrique qui traduit l'amplitude des oscillations de la lame, reprsente dans le document `10.
document `10: tension lectrique mesure en fonction de la frquence d'oscillation de la lame
`;voir planche tactile no`14'
d.`1  l'aide du document `10, dterminer la valeur de la frquence de rsonance `f?r de la lame tudie.
po `10
document `11: facteur de qualit d'une rsonance
voir planche tactile no`15
le facteur de qualit est un nombre sans dimension qui caractrise la rsonance d'un oscillateur.
il est dfini par: `q"f?r/df avec:
-- `q le facteur de qualit (sans unit);
-- `f?r la frquence de rsonance (en hz);
-- `df l'intervalle de frquences entre lesquelles l'amplitude est suprieure  `'a?max;/@2, `'a?max; tant l'amplitude  la rsonance.
d.`2 dterminer la valeur du facteur de qualit q de la rsonance de la lame tudie.
document `12: vibrations de la lame au cours du temps.
`;voir planches tactiles no`16' 
les deux enregistrements ci-dessous planche tactile no`16 ont t ralis  la frquence de rsonance de la lame.
la tension mesure `u?r traduit le mouvement d'oscillation de la lame au cours du temps.
lorsque la lame vibrante entre en contact avec le fluide, ses oscillations sont amorties.
d.`3 indiquer comment cet amortissement s'observe sur l'enregistrement no`2 du document `12.
po `11
d.`4 prciser comment volue la valeur du facteur de qualit q lors du contact de la lame avec le fluide. capteur de masse contr4l par un microcontr4leur
pour contr4ler le non-dbordement du moule, un capteur de masse est plac sous celui-ci. lorsque la masse de savon dpasse une valeur limite, une del (diode lectroluminescente) rouge relie au microcontr4leur s'allume.
le montage exprimental est dcrit dans le document `13.
document `13: capteur de masse avec module hx`711
`;voir planches tactiles no`17. photo illustrative du dispositif non dcrite'
le capteur est reli  un module (module hx`711) qui permet de convertir et d'amplifier les signaux analogiques du capteur de masse en un signal numrique transfr au microcontr4leur.
la partie principale du module est un convertisseur analogique-numrique (can) `24 bits.
certaines caractristiques du module hx`711 donnes par le fournisseur sont les suivantes:
-- plage de conversion: `-40 mv, !40 mv;
-- rsolution de conversion a/d: `24 bits.
le quantum d'un can s'exprime par la relation: `'q"du/2^n-1; 
avec
-- `n le nombre de bits;
-- `du la plage de conversion;
-- `q le quantum. 
d.`5 calculer la valeur du quantum du can utilis dans le capteur du document `13.
po `12
un programme permettant d'allumer la del est tlvers dans le microcontr4leur.
un extrait de ce programme est donn ci-aprs dans le document `14.
document `14: extrait du programme tlvers dans le microcontr4leur
`1 (...)b
`2 void loop() ``(
// fonction loop() appele en boucle
`3 // tant que le microcontr4leur est
`4 // aliment.
`5 masse `"  balance.get-units(`10);
// cette fonction renvoie la valeur
`6 // moyenne de `10 mesures effectues
`7 // par le capteur // et l'affecte 
`8 // la valeur de la masse.
`9 serial.print(masse);
// affichage de la masse.
`10 serial.println(" g");
// affichage de l'unit.
`11
`12 if (`-') ``(
//  complter
`13 digitalwrite(`8, high);
// broche `8 alimente.
`14 )'' else ``(
`15 digitalwrite(`8, low);
// broche `8 non alimente.
`16 )''
`17 delay(`1000);
// pause de `1000 ms.
`18 )''
`19
d.`6  l'aide des documents `13 et `14, indiquer quelle ligne du programme permet d'allumer la del.
d.`7 sur la copie, rcrire la ligne `12 du programme du document `14 en la compltant pour que la del s'allume  partir d'une masse d'une valeur de `200 g.
po `13
document-rponse  rendre avec la copie:
question a.`1:
voir planche tactile no`2
question a.`3: mcanisme ractionnel de la saponification
voir planches tactiles no`2, `3 et `4
po `14
question b.`5: schma du dispositif de titrage conductimtrique
voir planche tactile no`6
questions b.`7 et b.`8: courbe de titrage conductimtrique de la solution aqueuse sb d'hydroxyde de sodium dilue
voir planche tactile no`7

