Exemple de cahier de laboratoire : cas du sujet 2014

Exemple de cahier de laboratoire : cas du sujet 2014 Commentaires pour l'évaluation Contenu du cahier de laboratoire Problématique :
Le glucose est un nutriment particulièrement important pour le sportif. Il est consommé lors de l'effort et un apport en glucose est nécessaire tout au long de celui‐ci, par exemple via la consommation de boissons isotoniques. La consommation de ces boissons dispense‐t‐elle le sportif d'une alimentation variée et équilibrée ? Partie A : Dosage du glucose dans des boissons énergétiques OH
OH
glucose oxydase
O
+ H2O2 O
OH + O2
HO
HO
HO
HO
OH
OH O
On privilégie, pour gagner du temps, les glucose mots clefs, les schémas, les listes, etc. N
NH2
OH
N
N
N
N
peroxydase
O + 4 H2O
+ 2 H2O2
O
O
+ quinone‐imine molécule colorée → recherche de sa concentration par spectrophotométrie Protocole : Calcul des concentrations massiques en glucose dans les boissons commerciales à partir des données : Support pour l'appel Cm(Isostar) = 6,7 g.L‐1 → facteur de dilu on entre 31 et 515 n°1 : C (Powerade) = 35 g.L‐1 → facteur de dilu on entre 160 et 515 ‐ inutile de rédiger m
On les dilue pour avoir des concentrations massiques en glucose telles que : complètement le 0,013 < Cm < 0,22 g.L‐1. protocole Préparation d'une gamme de solutions étalon, à partir de la solution S0 de concentration massique 0,100 g.L‐1 : ‐ dilution par 5 (10 mL dans 50 mL) ‐ dilution par 2 (25 mL dans 50 mL) ‐ dilution par 1,25 (40mL dans 50mL) Solution S1 S2 S3 Volume de S0 (mL) 10 25 40 Vtot (mL) 50 50 50 ‐1
Concentration massique en glucose Cm (g.L ) 0,020 0,050 0,080 Olympiades nationales de la chimie – exemple de tenue de cahier de laboratoire
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Les compléments donnés par le jury peuvent être collés sur le cahier de laboratoire. Observations : Liste du matériel :  3 fioles jaugées de 50 mL + bouchons  Pipettes jaugées de 10, 20, 25 mL + propipette  Cuves pour spectrophotomètres + porte‐cuve  1 spectrophotomètre visible  1 pissette d’eau distillée Préparation des cuves : mise en présence des boissons diluées et des solutions étalon avec le kit RTU (voir complément distribué par le jury pour le mode opératoire). Observation : Visuellement, on peut remarquer que l’Isostar dilué est moins coloré que la solution S1 tandis que le Powerade dilué a une couleur intermédiaire entre celles des solutions S2 et S3. Interprétation : Pour l'Isostar dilué, Cm < Cm(S1). Pour le Powerade dilué, Cm (S2) < Cm < Cm (S3). Le cahier de laboratoire doit faire apparaître les observations principales (changement de Mesure des absorbances des solutions à λ = 505 nm (longueur d'onde du maximum couleur, formation d’un précipité …) et d'absorption de la quinone‐imine) : toute observation que Solution S1 S2 S3 S0 Isostar Powerade le candidat juge pertinente, ainsi que Concentration des interprétations massique en 0,020 0,050 0,080 0,100 0,019 0,078 théoriques de ces glucose Cm (g.L‐1) observations quand A 0,219 0,552 0,868 1,096 0,208 0,851 cela est possible. Exploitation : Remarque : Il faut impérativement Loi de Beer‐Lambert : faire apparaître les en supposant que les réactions mises en jeu sont totales. résultats et les exploiter. On en déduit : où M désigne la masse molaire du glucose L'absorbance des solutions placées dans les cuves est donc proportionnelle à la concentration massique Cm du glucose. Olympiades nationales de la chimie – exemple de tenue de cahier de laboratoire
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Par lecture graphique, on obtient les concentrations massiques en glucose des boissons diluées puis on calcule celles des boissons pures : Cm,isostar = 0,019 × 100 = 1,9 g.L‐1 (étiquette : 6,1 g.L‐1) Cm,powerade = 0,078 × 500 = 39 g.L‐1 (étiquette : 35 g.L‐1) Analyse : Conclusion : Il est important d'avoir Les valeurs obtenues sont cohérentes, sachant que les données de l'étiquette ne sont un regard critique sur pas précises mais donnent juste un ordre de grandeur de la concentration massique les résultats. en glucose. Partie B : Analyse du fonctionnement du kit RTU Support pour l'appel Tampon phosphate pH 6,6 → H2PO4‐ + HPO42‐ n° 2 : Dosage à réaliser Dosage réalisé précédemment Manipulation : Il est important de On réalise le dosage d'un acide par une base forte : donner l'équation de la réaction support de H2PO4‐ + HO‐ → HPO42‐ + H2O titrage. Soude (Na+ + OH‐) à 0,050 mol.L‐1
Schéma indispensable Electrode pH‐métrique 5 mL de kit RTU + 10 mL d’eau distillée
pH‐mètre
Olympiades nationales de la chimie – exemple de tenue de cahier de laboratoire
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Il est possible de mentionner les sources d’incertitudes : ‐ double erreur de lecture sur la burette ‐ erreur sur la détection de l'équivalence Remarque : la réponse à la problématique 2 est faite sur dictaphone, elle n'a pas besoin d'apparaître sur le cahier. Résultat : v (mL) On obtient Veq = 12,5 mL pour le titrage des ions H2PO4‐ par les ions OH‐. Exploitation des résultats : Pour le titrage des ions HPO42‐ : [HPO42‐] = 0,050 × 10 / 5 = 100 mmol.L‐1 Pour le titrage des ions H2PO4‐ : [H2PO4‐] = 0,050 × 12,5 / 5 = 125 mmol.L‐1 Ainsi : [HPO42‐] + [H2PO4‐] = 225 mmol.L‐1 Conclusion : Les espèces acido‐basiques de l'acide phosphorique présentes dans le kit RTU ont une concentration totale de 225 mmol.L‐1, ce qui correspond à l'indication de l'étiquette. Partie C : Modélisation de la digestion des glucides Analyse théorique : ‐ Les boissons énergétiques contiennent des sucres rapides (glucose et saccharose). ‐ Les pâtes contiennent des sucres lents (amidon) qui permettent, lors du métabolisme, d'apporter de l'énergie tout au long de l'effort. Olympiades nationales de la chimie – exemple de tenue de cahier de laboratoire
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Manipulation : ‐ Schéma du montage utilisé pour l’hydrolyse de l'amidon : Support pour l'appel n°3 : Sortie d’eau
Réfrigérant à boules Entrée d’eau 10 mL d’empois d’amidon + 3 mL d’acide chlorhydrique à 6 mol.L‐1 Thermomètre
Bain‐marie à 85‐95 °C
Plaque chauffante Support élévateur
‐ CCM au bout de 20 minutes (éluant : butanone / acide acétique / éthanol : 6/2/2) : Nature des dépôts (de gauche à droite) : ‐ glucose (Rf = 0,45), ‐ maltose (Rf = 0,28), ‐ amidon (Rf = 0), ‐ milieu réactionnel de la réaction d’hydrolyse (Rf = 0,45). Interprétation : L'hydrolyse de l'amidon réalisée au laboratoire conduit au glucose. En revanche, cette CCM ne permet pas de montrer que le maltose est formé de façon intermédiaire au cours de cette hydrolyse. Il aurait certainement fallu faire une CCM après une durée plus courte d’hydrolyse pour le voir. Conclusion : Le glucose constitue le carburant des sportifs. Une fois ingéré, il est rapidement utilisé par l'organisme. Ainsi, il est donc recommandé de consommer, pendant l'effort, des aliments à index glycémique élevé afin d'obtenir un apport en glucose immédiat. Toutefois, pour éviter un apport continu en glucose tout au long de l'effort, il est conseillé aux sportifs de consommer des aliments à index glycémique faible (comme les pâtes) pour se constituer une réserve d'énergie. Concernant l'apport en glucose, les industriels conseillent la consommation de boissons énergétiques censées apporter à la fois l'eau dont le sportif a besoin pour se réhydrater et des sucres « rapides » en proportions optimales. Cependant, vu l'écart important entre les concentrations en glucose de l'Isostar® et du Powerade®, on est en droit de se demander si la composition de ces boissons énergétiques est réellement optimisée. Olympiades nationales de la chimie – exemple de tenue de cahier de laboratoire
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