Autour de la transformation du jus de raisin, bac SPCL Métropole 2023. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ... La piqûre acétique est un phénomène qui intervient lorsque l’éthanol d’un vin se transforme en acide éthanoïque suite à une exposition prolongée à l’air et notamment au dioxygène. On étudie, dans cet exercice, l’acide éthanoïque (CH3COOH) formé dans le vin. Au laboratoire, il est possible de déterminer la concentration en masse d’acide éthanoïque contenu dans le vin en réalisant un titrage pH-métrique. Pour cela, il faut d’abord réaliser une distillation et ensuite titrer le distillat obtenu. Dans un ballon de 200 mL, on introduit : - 20,0 mL de vin décarboniqué ; - 35 mL d’eau distillée ; - une pointe de spatule d’acide tartrique.  On distille en utilisant une colonne de Vigreux et on recueille avec soin le distillat que l’on transvase dans un bécher. On titre l’acidité du distillat avec une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à la concentration en quantité de matière CB= 0,150 mol / L . Ceci permet de recueillir 80 % de l’acide éthanoïque du vin. . 1. Lister, en justifiant, les équipements de protection individuelle à utiliser pour mettre en œuvre ce dosage au laboratoire. l'acide tartrique et l'hydroxyde de sodium sont corrosifs. Port de blouse, gants et lunette de protection. 2. Choisir, en justifiant, le montage expérimental à utiliser pour la distillation parmi les trois propositions suivantes : 3. Écrire l’équation de la réaction de titrage qui s’effectue entre l’acide éthanoïque (CH3COOH) et les ions hydroxyde (HO– ). CH3COOH aq + HO-aq --> CH3COO-aq + H2O(l).  On considère qu’une réaction chimique peut être support d’un titrage lorsque sa constante d’équilibre est supérieure à 104.  4. Déterminer la constante d’équilibre K associée à la réaction de titrage à l’aide de Ka et Ke, puis conclure. Ka =[ CH3–COO– (aq)] [ H3O+aq] / [CH3–COOH(aq)] ; Ke = [ H3O+aq] [ HO-aq] K = [ CH3–COO– (aq)] / ( [CH3–COOH(aq)] [ HO-aq]) . K = [ CH3–COO– (aq)] [ H3O+aq]/ ( [CH3–COOH(aq)] [ HO-aq][ H3O+aq]) = Ka /Ke = 10-4,2 / 10-14 =6,3 109. Cette valeur étant supérieure à 104, la réaction est totale et peut être utilisée pour un titrage.  5. Déterminer graphiquement la valeur du volume versé à l’équivalence Ve.  6. Calculer la valeur de la quantité de matière de l’acide éthanoïque présente dans l’échantillon de vin titré. n = CB Ve =0,150 x 16,7 =2,505 ~2,51 mmol.  7. Montrer que la valeur de la concentration en quantité de matière de l’acide éthanoïque contenu dans l’échantillon de 20,0 mL est de 0,126 mol / L. 2,51 / 20,0 =0,125 mol / L.  . 8. Sachant que l’échantillon étudié contient 80 % de l’acidité du vin, indiquer s’il a subi la piqûre acétique. Concentration massique : 0,126 x M(acide acétique) = 0,126 x60,1 ~7,6 g / L. La concentration en masse d’acide éthanoïque est réglementée : elle ne doit pas dépasser 0,9 g·L–1. Ce vin est piqué. 2. Le raisin est-il arrivé à maturité ? On souhaite savoir si le jus du raisin récolté peut être utilisé pour obtenir du vin AOC Cahors. La concentration en masse de sucre du jus de raisin peut être déterminée par une mesure de l’indice de réfraction du jus de raisin. On réalise au laboratoire les mesures d’indices de réfraction de différentes solutions sucrées à des concentrations en masse de sucre connues à l’aide d’un réfractomètre. On obtient alors une droite d’étalonnage représentant l’indice de réfraction n en fonction de la concentration en masse Cm de sucre donnée ci-dessous. Au laboratoire, l’indice de réfraction mesuré pour le jus de raisin utilisé pour élaborer le vin a pour valeur 1,365. On peut utiliser un script en langage de programmation Python afin d’obtenir de nombreuses valeurs de concentration en masse de sucre du jus de raisin. 1. Expliquer la ligne 35 du script proposé dans le document 3 en s’aidant du document 2. La ligne 35 donne la concentration massique Cm.  2. Compléter les lignes 18 à 21 de l’extrait du script Python proposé. Les résultats de la simulation peuvent être visibles sur l’histogramme de distribution. 3. Déterminer si le raisin récolté est à bonne maturité pour préparer le vin AOC Cahors en vous appuyant sur l’histogramme et au vu des incertitudes. Cm+u(c)=238,5 g/L. Cm-u(c) =209,9 g/L. Un jus de raisin peut être considéré comme étant à bonne maturité quand la concentration en masse de sucre est d’au moins 180 grammes par litre de jus. Ces valeurs étant supérieures à 180 g/ L, le raisin est à maturité.  On suppose que le degré alcoolique est proportionnel à la concentration en masse de sucre. Pour une concentration en masse de sucre dans le jus de raisin égale à 17,0 g · L–1 , on obtient un degré alcoolique de 1,00 %. 4. Déterminer la valeur du degré alcoolique obtenu avec le jus de raisin étudié. Commenter le résultat obtenu. Cm = 224,2 g /L 224,2 / 17,0 =13,2  degrés. Les vins rouges ayant droit à l’appellation d’origine contrôlée (AOC) « Cahors » doivent provenir de raisins récoltés à bonne maturité et présenter un titre alcoométrique volumique naturel minimum de 10,5 %. Cette valeur étant supérieure à 10,5 %, le vin peut être AOC "cahors". Fermentation du jus de raisin  Pour la production des vins rouges, le jus reste plongé dans la cuve pendant une durée d’environ 15 jours. Cette étape est exothermique, la température est maintenue entre 28 °C et 30 °C par un système de régulation. On va s’intéresser dans cette partie à l’étape de fermentation qui nécessite une régulation en température. Étude du capteur de température.  Pour mesurer la température du jus de raisin lors de l’étape de fermentation, on utilise au laboratoire un capteur de température : une thermistance CTN (la valeur de la résistance diminue lorsque la température augmente). Un montage utilisant un microcontrôleur sera utilisé pour mesurer la température. Le système de mesure utilise trois DEL : une DEL rouge indique une température trop élevée, une DEL bleue indique une température trop faible et une DEL verte indique une température correcte. 1. Indiquer les valeurs minimale et maximale de résistance RCTN de la CTN pour le bon déroulement de la fermentation du jus de raisin. 2. Identifier l’entrée analogique de la carte du microcontrôleur permettant de mesurer la tension aux bornes de la CTN. A0.  3. Sachant que l’entrée analogique du microcontrôleur est codée sur 10 bits, déterminer le nombre de valeurs binaires différentes possibles. 210 valeurs possibles. 4. Sachant que la tension maximale de l’entrée analogique a une valeur de 5,0 V, en déduire le quantum du CAN (résolution de l’entrée). q = DU / (2N-1)=5,0 / (210-1)=0,00489 V ~ 5 mV.  5. Vérifier que la valeur de la tension correspondant à une température T = 28 °C vaut 2,19 V et que celle correspondant à une température T = 30 °C vaut 2,09 V. UCTN = 5 x780 / (1000+780)=2,19 V. UCTN = 5 x720 / (1000+720)=2,09 V. 6. Donner la signification des lignes 14, 15 et 16 du programme téléversé dans le microcontrôleur.   7. Indiquer la couleur de la DEL allumée dans le cas où l’état lu par le microcontrôleur a pour valeur 400. DEL rouge allumée  8. En déduire l’état correspondant à une tension de 2,09 V à l’aide de la méthode de votre choix. DEL verte allumée ; système OK car codage compris entre 447 et 427.  Étude de la boucle de régulation.  On souhaite maintenant réguler la température du jus de raisin lors de la fermentation. Pour cela, on place au laboratoire le jus de raisin dans un bain thermostaté équipé d’une résistance chauffante. La température ambiante du laboratoire est de 20 °C.  9. Préciser les trois critères de performance d’une boucle de régulation. La précision est évaluée par l'écart statique ;  La rapidité est évaluée par le temps de réponse. La  stabilité est évaluée par le premier dépassement.  10. Indiquer la grandeur réglée, la grandeur réglante et une grandeur perturbatrice parmi les 5 propositions suivantes :  - couleur de la DEL allumée ; - puissance de la résistance chauffante ; - température ambiante ; - température du bain thermostaté ; - tension d’alimentation du microcontrôleur. Grandeur réglée : tension d'alimentation du microcontrôleur. Grandeur réglante : couleur de la dEL allumée. Grandeur perturbatrice : température du bain thermostaté. ... .... Un jus de raisin limpide.   On souhaite filtrer le jus de raisin pour le rendre limpide. On utilise pour cela un tamis : la taille des trous du tamis doit alors être inférieure à la taille de perception d’une particule à l’œil nu. On cherche à vérifier, dans cet exercice, si le tamis choisi respecte ou non ce critère.  Données - Le pouvoir séparateur de l’œil est l’angle minimal séparant deux points-objets pouvant être nettement distingués. Il vaut a = 3,0×10–4 rad.  1. Montrer que la taille minimale d de la plus petite particule perceptible à l’œil nu à une distance de 25 cm vaut 75 µm. tan 3 10-4 ~3 10-4 = d / 0,25  ; d = 0,25 x 3 10-4 = 0,75 10-4 m = 75 µm. 2. Déterminer la valeur de la largeur d’un trou c1 du tamis avec le plus de précision possible. Expliquer la démarche expérimentale mise en œuvre par cette première méthode. 1,00 mm correspond à 3,9 graduations micrométriques. trou c1 : 0,5 graduation soit 0,13 mm= 130 µm. On considère par la suite que cette mesure a une incertitude de type B de valeur u(c1) = 14 μm. Par une deuxième méthode, on réalise plusieurs mesures sur la photographie en l’exploitant avec un logiciel de traitement de données. Le tableau de valeurs obtenues est donné ci-dessous : mesures 1 2 3 4 5 6 7 8 largeur du trou c2(µm) 117 120 122 129 127 119 123 129 L’écart-type expérimental a pour valeur sn-1 = 4,62 µm. 3. Déterminer la valeur moyenne cmoy de la largeur d’un trou. 123,25 ~123 µm. 4. Déduire la valeur de l’incertitude type u(cmoy) sachant que u(cmoy) =  sn-1 / n½ où n est le nombre de mesures. u(cmoy) =4,62 / 8½=1,63 µm.  5. Comparer les incertitudes-types des deux méthodes. Choisir alors la méthode qui donne la valeur de référence créférence. La méthode 2 donne une incertitude environ 9 fois plus faible. Cette méthode sera retenue. Pour vérifier la compatibilité de la mesure effectuée par la méthode 1, il faut calculer l’écart normalisé (aussi appelé z-score) et vérifier que la valeur obtenue est inférieure ou égale à 2. L’écart normalisé peut être déterminé à partir de la relation suivante : z = |cmesure-créférence| u(cmesure) . 6. Vérifier si la mesure obtenue avec la méthode 1 est compatible avec la valeur de la référence. z = (130-123) / 14=0,5 < 2 : la méthode 1 est compatible.  7. Indiquer si ce tamis peut être utilisé pour obtenir un jus de raisin limpide. La taille d'un trou est supérieure à d = 75 µm : ce tamis ne convient pas.

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