Oui
Cinétique chimique
Titrage
Synthèse organique
Sujet Bac Corrigé - Yaourt maison et arôme d'ananas - Centres étrangers 1 2025 Jour 2 - Ex 1 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2025
Terminale spécialité
🥛 Du lait à la yaourtière, puis au flacon d'arôme d'ananas : cet exercice de 9 points suit la fabrication d'un yaourt maison et la synthèse de l'ester qui le parfume. C'est le plus long des trois exercices du sujet, avec 15 questions.
- Cinétique : facteur température, début de la fermentation, vitesse volumique d'apparition de l'acide lactique.
- Titrage conductimétrique : volume à l'équivalence, degré Dornic, yaourt ferme ou brassé.
- Synthèse organique : butanoate d'éthyle, spectre infrarouge, extraction, réactif en excès, rendement et mécanisme réactionnel.
Sujet officiel et corrigé détaillé en PDF, question par question, avec les pièges à éviter.

Fiche de cours
Synthèse organique — Terminale spécialité physique-chimie
L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.
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Corrigé interactif · 15 questions
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Q1Justifier, à l'aide de l'introduction, que la yaourtière favorise la fermentation lactique en indiquant le facteur cinétique mis en jeu.
La yaourtière chauffe doucement le lait et le maintient dans l'intervalle où les ferments sont efficaces (entre 37,5 °C et 45,0 °C). Élever la température du milieu accélère la transformation : le yaourt est prêt en huit heures environ.
Le facteur cinétique mis en jeu est la température.
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Q2Identifier le temps marquant le début de la fermentation.
Sur le document 2, CA reste pratiquement constante (environ 0,022 mol⋅L−1) jusqu'à 100 min, puis elle augmente : de l'acide lactique se forme.
La fermentation débute à t≈100 min.
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Q3Proposer une explication à la présence d'acide lactique à l'instant t=0.
D'après l'introduction, le lait contient naturellement de l'acide lactique, avant toute fermentation.
L'acide lactique présent à t=0 est celui du lait lui-même.
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Q4Calculer la vitesse volumique d'apparition vapp de l'acide lactique lorsque la fermentation a commencé, en expliquant la démarche.
Données utiles document 2 : points de la droite tracée, A (120 min ; 0,034 mol⋅L−1) et B (240 min ; 0,098 mol⋅L−1)
Par définition, vapp=dtdCA : c'est le coefficient directeur de la tangente à la courbe CA(t).
Après 100 min, les points sont alignés : la courbe est une droite, confondue avec sa tangente. La vitesse est donc constante et égale au coefficient directeur de cette droite, calculé avec deux points A et B éloignés.
vapp=tB−tACA(tB)−CA(tA)=240−1200,098−0,034=5,3×10−4 mol⋅L−1⋅min−1
En secondes : vapp=(240−120)×600,098−0,034
vapp≈8,9×10−6 mol⋅L−1⋅s−1, soit environ 9 μmol⋅L−1⋅s−1
0,0340,098CA (mol⋅L−1)t (min) Document 2 : droite modélisant la phase de fermentation et les deux points choisis
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Q5Déterminer si le yaourt testé est ferme ou brassé.
Données utiles VA=10,0 mL ; CB=0,150 mol⋅L−1 ; M=90,1 g⋅mol−1 ; 1 °D = 0,1 g d'acide lactique par litre
Indice Question ouverte : annoncer le plan (volume équivalent, puis CA, puis Cm, puis degré Dornic), écrire chaque relation littérale et conclure par une comparaison aux intervalles. Une démarche claire rapporte des points même sans résultat final.
Volume à l'équivalence. La courbe du document 3 présente deux portions rectilignes. On trace les deux droites qui les modélisent : leur point d'intersection a pour abscisse Veˊq=8,6 mL.
Concentration en quantité de matière. À l'équivalence, l'acide HA et les ions HOX− versés sont en proportions stœchiométriques (HA+HOX−AX−+HX2O) :
n(HA)initial=n(HOX−)verseˊsoitCAVA=CBVeˊq
Concentration en masse. Cm=CA×M=VACBVeˊq×M
Cm=10,00,150×8,6×90,1=11,6 g⋅L−1
Degré Dornic. 1 °D correspond à 0,1 g⋅L−1 : 0,111,6=116 °D, soit environ 1,2×102 °D.
Le degré Dornic vaut environ 116 °D, compris entre 100 et 120 °D : le yaourt est brassé.
Veˊq=8,6 mLσ (μS⋅cm−1)V (mL) Document 3 : les deux droites et la lecture du volume à l'équivalence
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Q6Représenter la formule topologique du butanoate d'éthyle.
Chaque sommet ou extrémité de la ligne brisée représente un atome de carbone, avec les atomes d'hydrogène qu'il porte ; seuls les atomes d'oxygène sont écrits.
Formule topologique : voir la figure (6 atomes de carbone, 2 atomes d'oxygène, formule brute CX6HX12OX2).
Formule topologique du butanoate d'éthyle
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Q7Sur la formule topologique, entourer le groupe caractéristique de cette molécule et nommer la famille fonctionnelle correspondante.
Le groupe caractéristique est formé du carbone doublement lié à un oxygène et simplement lié à un second oxygène, lui-même lié à une chaîne carbonée.
Groupe ester (entouré sur la figure) : la molécule appartient à la famille des esters.
Groupe caractéristique entouré
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Q8Déterminer la molécule du document 4 qui correspond au spectre infrarouge du document 6. Justifier.
Le spectre présente :
- une bande forte et très large entre 2500 et 3200 cm−1, caractéristique de la liaison O–H d'un acide carboxylique ;
- une bande forte et fine vers 1700 cm−1, attribuable à la liaison C=O.
Les deux molécules possèdent une liaison C=O, mais seul l'acide butanoïque possède une liaison O–H.
Le spectre est celui de l'acide butanoïque.
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Q9Identifier dans le protocole les opérations permettant d'optimiser la vitesse de formation de l'arôme d'ananas.
- Étape 1 : l'ajout d'acide sulfurique concentré. Il ne figure pas dans l'équation de la réaction : c'est un catalyseur, qui accélère la transformation.
- Étape 2 : le chauffage à reflux. La température est un facteur cinétique : l'élever augmente la vitesse de formation de l'ester.
Deux opérations : ajout d'un catalyseur (acide sulfurique) et chauffage à reflux.
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Q10Justifier l'utilisation du cyclohexane dans l'étape 4 pour isoler le butanoate d'éthyle.
D'après le document 7 :
- le cyclohexane n'est pas miscible avec l'eau : il forme une phase distincte de la phase aqueuse ;
- le butanoate d'éthyle est plus soluble dans le cyclohexane (solubilité moyenne) que dans l'eau salée (solubilité très faible).
L'ester passe dans le cyclohexane, que l'on sépare ensuite de la phase aqueuse : c'est une extraction liquide-liquide.
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Q11Schématiser l'ampoule à décanter, la légender avec les termes phase aqueuse et phase organique. Justifier la position de la phase contenant le butanoate d'éthyle.
Données utiles masses volumiques : cyclohexane 0,78 g⋅mL−1 ; eau salée >1,00 g⋅mL−1
Le butanoate d'éthyle se trouve dans le cyclohexane : c'est la phase organique.
La masse volumique du cyclohexane (0,78 g⋅mL−1) est inférieure à celle de l'eau salée (supérieure à 1,00 g⋅mL−1) : le liquide le moins dense surnage.
La phase organique, qui contient l'ester, est au-dessus de la phase aqueuse.
Ampoule à décanter après décantation
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Q12Montrer que l'éthanol est bien le réactif en excès, sachant que nacide=4,4×10−1 mol.
Données utiles Veˊthanol=40,0 mL ; ρeˊthanol=0,79 g⋅mL−1 ; Meˊthanol=46,0 g⋅mol−1
Quantité de matière initiale d'éthanol : neˊthanol=Mm=MρV
neˊthanol=46,00,79×40,0=0,69 mol
D'après l'équation, une mole d'acide butanoïque réagit avec une mole d'éthanol. Les nombres stœchiométriques valant 1, on compare directement les quantités initiales.
neˊthanol=0,69 mol>nacide=0,44 mol : l'éthanol est en excès, l'acide butanoïque est le réactif limitant.
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Q13Calculer la valeur du rendement de la réaction. Commenter.
Données utiles mester=33,7 g ; Mester=116,0 g⋅mol−1 ; nacide=4,4×10−1 mol
L'acide butanoïque est le réactif limitant (Q.12). Si la transformation était totale, il se formerait autant d'ester qu'il y a d'acide au départ : nmax=nacide=0,44 mol.
Quantité d'ester obtenue : nexp=Mestermester=116,033,7=0,291 mol
η=nmaxnexp=0,440,291=0,66
Le rendement est nettement inférieur à 100 % : la transformation n'est pas totale (elle conduit à un état d'équilibre) et une partie de l'ester est perdue lors de l'extraction et de la distillation.
η≈0,66, soit 66 %
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Q14Identifier un intermédiaire réactionnel dans les étapes du mécanisme, en justifiant.
Un intermédiaire réactionnel est une espèce formée au cours d'une étape du mécanisme, puis consommée dans une étape suivante ; il ne figure pas dans l'équation de la réaction.
Le cation CHX3−CHX2−CHX2−C(OH)X2X+ est produit par l'étape (1) et consommé par l'étape (2).
L'intermédiaire réactionnel est le cation CHX3−CHX2−CHX2−C(OH)X2X+, c'est-à-dire l'acide butanoïque qui a fixé un ion HX+.
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Q15Recopier l'étape (1) et représenter par une flèche courbe le déplacement d'électrons. Justifier son sens.
La flèche courbe part d'un doublet non liant de l'atome d'oxygène du groupe C=O et pointe vers l'ion HX+ (voir la figure).
L'atome d'oxygène porte des doublets non liants : c'est un site donneur de doublet d'électrons. L'ion HX+, chargé positivement et sans électron, est un site accepteur. Une liaison O–H se forme.
La flèche va du site donneur (doublet de O) vers le site accepteur (HX+).
Étape (1) recopiée, avec la flèche courbe
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Yaourt maison et arôme d'ananas : un exercice de chimie sur 9 points
Le premier exercice du sujet de spécialité physique-chimie Centres étrangers 1 2025 (jour 2) part d'une situation familière : fabriquer un yaourt avec une yaourtière, puis l'aromatiser avec un ester au parfum d'ananas, le butanoate d'éthyle. En 15 questions, il fait travailler la cinétique, le titrage et la chimie organique. Comptez environ 1 h 35 pour le traiter.
Cinétique de la fermentation lactique (Q1 à Q4)
La yaourtière maintient le lait entre 37,5 °C et 45,0 °C : le facteur cinétique en jeu est la température. Le graphique de la concentration en acide lactique montre un palier vers 0,022 mol·L⁻¹ jusqu'à 100 min, date du début de la fermentation ; l'acide présent dès le départ vient du lait lui-même. La vitesse volumique d'apparition se calcule comme le coefficient directeur de la droite qui modélise la fermentation. Avec deux points éloignés, on obtient environ 5,3 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·min⁻¹, soit 8,9 × 10⁻⁶ mol·L⁻¹·s⁻¹. Le piège classique consiste à diviser une seule concentration par une date, alors que la droite ne passe pas par l'origine.
Titrage conductimétrique et degré Dornic (Q5)
Cette question ouverte demande de trancher entre yaourt ferme et yaourt brassé. Le volume équivalent se lit à l'intersection des deux portions rectilignes : 8,6 mL. La relation à l'équivalence C_A V_A = C_B V_éq conduit à une concentration en masse de 11,6 g·L⁻¹, donc à environ 116 °D : le yaourt est brassé. Annoncez votre plan et écrivez chaque relation littérale avant de calculer, car la démarche est notée même si le résultat final manque.
L'ester, son spectre et sa synthèse (Q6 à Q13)
Il faut d'abord écrire la formule topologique du butanoate d'éthyle en comptant bien les sommets (quatre carbones côté C=O, deux côté oxygène), puis entourer le groupe ester. Pour attribuer le spectre infrarouge, la bande C=O vers 1700 cm⁻¹ ne suffit pas, puisque les deux molécules la possèdent : c'est la large bande O–H entre 2500 et 3200 cm⁻¹ qui désigne l'acide butanoïque. Le protocole accélère la synthèse par un catalyseur, l'acide sulfurique, et par le chauffage à reflux. Le cyclohexane convient pour l'extraction parce qu'il n'est pas miscible à l'eau et dissout mieux l'ester que l'eau salée ; moins dense, la phase organique se place au-dessus dans l'ampoule à décanter. Enfin, 0,69 mol d'éthanol contre 0,44 mol d'acide : l'éthanol est en excès, et le rendement vaut environ 66 %. Comparez des quantités de matière, jamais des volumes ou des masses.
Mécanisme réactionnel (Q14 et Q15)
L'intermédiaire réactionnel est le cation formé à l'étape (1) et consommé à l'étape (2) ; l'ion H⁺, régénéré en fin de mécanisme, est le catalyseur. La flèche courbe part d'un doublet non liant de l'oxygène, site donneur, vers H⁺, site accepteur.
Conseils pour réussir
Revoyez la lecture d'un coefficient directeur, la méthode des deux droites en conductimétrie et le sens des flèches courbes. Justifiez chaque choix par une donnée du sujet : c'est ce qui sépare une réponse juste d'une réponse complète.