Physique
chimie, concours technicien minist�re de l'�conomie et des finances
2019.
En
poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation
de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres
d’int�r�ts.
..
..
|
.
.
|
..
..
......
...
|
1. Arome
de vanille.
La synths�se de la vanilline se fait en
trois �tapes :
Etape 1 : - synth�se de l'ac�tate d'isoeug�nol �
partir de
l'isoeug�nol
Etape 2 : transformation de
l'ac�tate d'isoeug�nol en ac�tate
de vanilline.
Etape 3 :
action de l'eau sur l'ac�tate de vanilline
|
esp�ce chimique
|
masse molaire g/mol
|
quelques propri�t�s
|
|
isoeug�nol
|
164
|
d=1,08
nocif en cas d'ingestion, irritant pour les yeux, la
peau, les voies respiratoires
|
|
ac�tate d'isoeug�nol
|
205
|
Tfusion = 80�C
solubles dans la plupart des solvants organiques,
insoluble dans l'eau glac�e
|
|
anhydride �thano�que
|
102
|
d=1,08
corrosif, inflammable, provoque des br�lures
r�agit avec l'eau
|
A
synth�se de l'ac�tate d'isoeug�nol
: mode op�ratoire.
- Dans un ballon de 250 mL,
introduire 10 g d'isoeug�nol, 20
mL d'anhydride ac�tique, quelques gouutes d'acide orthophosphorique.
- Chauffer en utilisant un chauffage � reflux et maintenir une
�bullition douce pendant 30 minutes.
- refroidir jusqu'� temp�rature ambiante. verser le contenu du
ballon dans un becher contenant 30 mL d'eau glac�e, tout en agitant.
- Filtrer sur b�chner et laver les cristaux form�s avec de
l'eau glac�e.
1. Quel est le
r�le du montage � reflux ?
Le montage � reflux permet de travailler � temp�rature
mod�r�e ( la vitesse de la r�action augmente) tout en �vitant les
pertes de mati�re ( les vapeurs se condensent dans le r�frig�rant
vertical et retombent dans le ballon).
2 et 3. Quelles
pr�cautions faut-il prendre pour manipuler
l'anhydride �thano�que ?
- Pourquoi utilise-t-on de l'anhydride �thano�que � la place de l'acide
�thano�que ?
Travailler sous hotte avec de la verrerie s�che, mettre des
gants et des lunettes.
L'anhydride �thano�que conduit � une r�action totale alors que
l'acide �thano�que conduit � un r�action limit�e par l'hydrolyse de
l'ester.
4. L'acide orthophosporique est un
catalyseur de la synth�se.
Quel est son r�le ?
Le catalyseur augmente la vitesse de la r�action en rempla�ant
une r�action lente par deux r�actions rapides. Le catalyseur est
r�g�n�r� en fin de r�action.
5. Quelle est la formule
semi-d�velopp�e et le nom de l'esp�ce
A ? A : acide �thano�que
CH3-COOH.
6. Pourquoi verse-t-on le contenu du
ballon dans l'eau glac�e ?
Dans l'eau glac�e l'ac�tate d'isoeug�nol est insoluble : des
cristaux se forment.
7 et 8. Calculer la
quantit� de mati�re initiale de chacun des
r�actifs. L'exp�rimentateur a obtenu 11,3 g de cristaux d'ac�tate
d'isoeug�nol. Calculer le rendement de la synth�se.
isoeug�nol : masse (g)
/ masse molaire (g/mol) = 10 / 164 =
0,061 mol
anhydride �thano�que :
masse (g) = volume (mL) fois densit�=
20*1,08 = 21,6 g
21,6 / 102 = 0,212 mol
(en exc�s)
Qt� de mati�re d'ester
pr�vue : 0,061 mol soit 0,061*205 =
12,5 g
rendement : mase
exp�rimentale / masse th�orique = 11,3 / 12,5
= 0,904 ( 90,4
%).
Synth�se
de la vanilline :
9. Quelle est la formule
semi-d�velopp�e et le nom de l'esp�ce
B ?
Acide
�thano�que CH3-COOH.
10. Quel est le nom
donn� � cette r�action ?
Hydrolyse d'un ester.
2. Techniques s�paratives.
11. D�terminer la formule
semi-d�velopp�e du triac�tate de glyc�ryle.
12. Expliquer le
principe de la chromatographie. Que signifie le terme phase gazeuse ?
Couplage
chromatographie en phase gazeuse et spectrom�trie de masse.
La chromatographie est une m�thode de
s�paration et d'identification des constituants d'un m�lange.
La
chromatographie est bas�e sur la diff�rence de solubilit� d'une
substance dans deux phases non miscibles : la phase stationnaire li�e
au support et la phase mobile ou solvant.
Plus
une substance est soluble dans la phase mobile, plus elle est entra�n�e
par cette phase; inversement, une substance peu soluble dans la phase
mobile migre peu.
1 : injecteur
; 2 : colonne ; 3 : d�tecteur ; 4 : int�grateur ou
ordinateur ; 5 : thermostat de colonne ; 6 : gaz vecteur.
La chromatographie permet de s�parer les esp�ces d'un m�lange complexe
de nature diverses.
Elle
est utilis�e pour rep�rer les substances qui composent un m�lange gazeux ou
susceptibles de le devenir sans d�composition par chauffage.
13.
Quel r�le joue le spectrom�tre de masse ? Quel type d'ionisation est la
plus fr�quente dans ce type de couplage ? Expliquer le principe de ce
type d'ioniseur.
La
spectrom�trie de masse consiste � vaporiser une esp�ce ( dont la
mol�cule est not�e M), puis � l'ioniser ( une ou plusieurs fois). Les
ions obtenus sont ensuite acc�l�r�s par un champ �lectrique. Les ions
peuvent rester inchang�s ou se scinder en fragments plus petits ( eux
m�me charg�s ou non ). Un dispositif, appel� analyseur, s�pare les
diff�rents ions suivant leur rapport masse sur charge m/q o� m est la
masse de l'ion et q sa charge. les ions sont r�cu�r�s dans les
r�cepteurs qui g�n�rent un courant dont l'intensit� est proportionnelle
aux nombres des ions d�tect�s.
Electrospray
: dispersion d’un liquide sous forme de gouttelettes charg�es
�lectriquement.
Les
goutellettes form�es � l'extr�mit� d'un capillaire sont
soumises � un champ �lectrique intense.
14. Suite � un
changement de colonne, le temps de r�tention de la mol�cule a chang�
malgr� des conditions d'analyse identique ( m�me d�bit et m�me rampe de
temp�rature ) Cependant nous savons que le pic de la triac�tine devrait
�tre �lu� � un temps de r�tention entre 10,00 et 13,50 minutes. 4 pics
pr�sents sur le chromatogramme peuvent correspondre.
Pic
|
temps
de r�tention (minute)
|
largeur
du pic � la base (min)
|
facteur
de r�tention
|
s�lectivit�
|
solvant
|
1,08
|
|
|
|
A
|
10,23
|
0,17
|
(10,23-1,08)
/ 1,08 =8,47
|
|
B
|
10,99
|
0,22
|
(10,99-1,08)
/ 1,08=9,18
|
|
C
|
12.85
|
0,33
|
(12,85-1,08)
/ 1,08=10,90
|
|
D
|
13,47
|
0,35
|
(13,47-1,08)
/ 1,08 =11,47
|
|
Quels
facteurs peuvent avoir influenc� le changement de temps de r�tention ?
D�terminez les facteurs de r�tention ( ou de capacit�) de ces 4 pics.
D�terminer �galement les facteurs de s�paration ( ou s�lectivit�) ainsi
que la r�solution entre tous les pics cons�cutifs ( A-B, B-C, C-D).
Le temps de r�tention varie en fonction du d�bit, de la
temp�rature d'�lution, de la composition de la phase mobile et du
vieillissement de la colonne.
Facteur de r�tention = rapport du temps pass� par le solut� dans la
phase stationnaire sur le temps pass� par ce m�me solut� dans la
phase mobile.
k =(tri-tm) / tm.
La s�lectivit� mesure l'aptitude de la colonne � s�parer le compos� i
du compos� j : a
= kj / ki.
aA-B
=9,18 / 8,47=1,08 ; aB-C =10,9 /
9,18=1,19 ; aC-D =11,47 /
10,9=1,05.
R�solution
R =2(tRi-tRj) / (somme des bases des pics).
RA-B =2(10,99-10,23) / (0,22+0,17)=3,9.
RB-C
=2(12,85-10,99) / (0,22+0,33)=6,76.
RC-D
=2(13,47-12,85) / (0,35+0,33)=1,8.
15. Quelle valeur
est prioritairement utilis�e pour juger de la bonne s�paration des pics
? Pourquoi ? Sont-ils bien s�par�s dans ce cas ?
Pour les valeurs de R > 1,5, les pics sont bien s�par�s. Ils sont
bien s�par�s dans ce cas.
16. Les 4 pics
pr�sentent les spectres de masse suivants. Un spectre
pourrait-il correspondre � la triac�tine ? Justifier.
L'all�gation "sans ar�me ajout� " �crite sur l'emballage est-elle
valable ?
Les spectres pr�sentent tous un pic important � m/z = 43 ([CH3CO]+).
Ils pourraient correspondre � la triac�tine.
L'all�gation "sans ar�me ajout� " �crite sur l'emballage n'est
pas
valable.
17. On remarque que les pics
s'�largissent avec le temps. Expliquer la
raison de cet �largissement. Par quelle relation peut-on th�oriser cela
? Expliquer les termes de cette �quation.
La vitesse de progression des solut�s n'est pas tout � fait
identique ( ils prennent des chemins diff�rents dans la phase
mobile). Les pics s'�largissent avec le temps de r�tention.
Equation de Van Ddemter :H = A + B / U + C U.
U : vitesse de la phase mobile.
H : hauteur �quivalente d'un plateau th�orique ( efficacit�).
B / U traduit la dispersion du solut�.
C U : r�sistance au transfert du solut� entre les phases mobile et
stationnaire.
3. Calculs de pH.
18. Calculer la
concentration en ion H3O+ en moles / litre des
solutions aqueuses pr�sentant les pH suivants :
pH = 4,10 ; [
H3O+]
= 10-4,10 =7,94 10-5 mol /L.
pH
= 1,25 ; [
H3O+]
= 10-1,25 =0,056 mol /L.
pH
= 7,00 ; [
H3O+]
= 10-7 mol /L.
19. D�terminer le
pH d'une solution d'acide iodique HIO3 � 5 10-3
mol / L. Ka(HIO3 /IO3-) =
0,16.
Ka = [IO3-]
[H3O+]
/ [HIO3]
=x2 /(C-x) avec x avancement volumique.
x2
=0,16(C-x) ; x2+0,16 x -0,16 x5 10-3 = 0.
x2+0,16 x -0,0008 = 0.
Discriminant D
=0,162 +4x0,0008 =0,0288= 0,172.
x =(-0,16 +0,17) / 2 =0,00485 ~0,0049 mol / L.
pH = - log(0,0049) =2,3.
20. Quelles sont
les concentrations de H3O+, CH3COOH et
CH3COO- dans une solution d'acide ac�tique de
pH=4 ? Donner la concentration initiale C0 de CH3COOH
avant �quilibre.
Ka = 1,8 10-5.
[H3O+]
= [CH3COO-
] = 10-4 mol / L.
Ka
= [H3O+]
[
[CH3COO-
] /
[CH3COOH
].
[CH3COOH
] =
[H3O+]
[
[CH3COO-
] / Ka = 10-8 / (1,8
10-5
) =5,56 10-4 mol / L.
C0 = [CH3COO-
]+
[CH3COOH
]=6,56
10-4 mol / L.
|
...
|
....
|
4. Oxydo-r�duction, alcool dans le sang.
A 1 mL de sang est ajout� 10 mL de dichromate de potassium � 7 g / L.(M
= 294 g / mol).
L'exc�s de dichromate est r�duit par l'iodure de potassium.
Cette solution est dos�e par le thiosulfate de sodium � 0,05 mol/L. VE
= 15 mL.
21. Donner les
demi-�quations des couples suivants : Cr2O72-
/ Cr3+ et RCOOH / alcool ; I2/I- et S4O62-
/ S2O32-.
22. Donner les
�quations des r�actions mises en jeu.
23.
Calculer le taux d'alcool dans le sang en g / L et conclure.
3 fois { C2H5OH +H2O = CH3COOH + 4H+ +
4e- } oxydation alcool.
2 fois { Cr2O72- + 14H+ + 6e- =
2Cr3+ +
7 H2O } r�duction
de l'ion dichromate.
3C2H5OH + 2Cr2O72- +16H+= 3CH3COOH
+ 4Cr3+ +
11 H2O (1)
Cr2O72- +
6 e- +14
H+ =
2 Cr3+ +
7 H2O.
3 fois{2I- =
I2 +2e-}.
Cr2O72- +
6 I- +14
H+ =
2 Cr3+ +3I2 +7
H2O.
n (I2)=3
n(Cr2O72-)exc�s.
I2 +2e-=
2I-.
2S2O32- =
S4O62- +
2e-.
I2 +2S2O32- =
S4O62- +2I-.
n(I2)
=�n(S2O32-).
Par suite : 3 n(Cr2O72-)exc�s =�n(S2O32-)
;
n(Cr2O72-)exc�s =n(S2O32-)
/ 6.
n(Cr2O72-)initial
=7 / 294 x10 / 1000 = 2,38 10-4 mol.
n(Cr2O72-)exc�s =n(S2O32-)
/ 6 =0,05 x15 10-3 / 6 =1,25 10-4 mol.
n(Cr2O72-)
oxydant l'alcool
=(2,38-1,25) 10-4 =1,13
10-4 mol.
n(alcool) = 1,5 x1,13
10-4 =1,695
10-4 mol.
M(alcool) = 46 g / mol.
Masse d'alcool : 46 x1,695 10-4 =7,8 10-3 g dans
1 mL soit 7,8 g / L, valeur largement sup�rieure � 0,5 g / L. Il y a
infraction.
5.
Validation de m�thode.
24. Expliquer
l'int�r�t d'une validation de m�thode.
Cette validation permet d'assurer la fiabilit� et la tra�abilit� des
r�sultats d'une analyse en laboratoire � partir d'une matrice donn�e.
25. Expliquer le
sens de la r�p�tabilit� et de la reproductibilit�.
R�p�tabilit� : les valeurs obtenues en suivant une m�me proc�dure (
m�me m�thode, m�me instrument, m�me op�rateur) subissent de faibles
variations.
Reproductibilit� : Les valeurs obtenues en faisant varier les
conditions de mesure ( m�thode, instrument, op�rateur ) subissent de faibles variations.
26. Qu'est qu'une
m�thode juste et fid�le ?
Juste : l'�cart entre le r�sultat d'une mesure et la valeur vraie de la
grandeur mesur�e est faible.
Fid�le : �troitesse
de l'accord entre les mesures effectu�es sur des prises multiples d'un
�chantillon homog�ne.
6. Permanganate de
potassium.
On dispose d'une poudre de parmanganate de potassium pure � 98,3
% et on souhaite faire 200 mL de solution � 0,5 mol / L. Deux solutions
filles dilu�es � 0,1 et 0,05 mol/L seront pr�par�es.
27. Calculez les
quantit�s n�cessaires � la pr�paration de la solution m�re et proposez
un protocole pour la pr�paration de ces trois solutions.
Quantit� de mati�re : n = C V = 0,5 x0,2=0,1 mol.
M(KMnO4) =158 g / mol ; masse m = 158 x0,1 = 15,8 g de
produit pur.
Masse � peser : 15,8 / 0,983 =16,07 g.
Peser 16,07 g de solide ( balance de pr�cision + coupelle).
Verser dans une fiole jaug�e de 200 mL contenant 1 / 3 d'eau distill�e
et surmont�e d'un entonnoir � solide.
Rincer coupelle et entonnoir.
Agiter jusqu'� dissolution compl�te puis compl�ter jusqu'au trait de
jauge avec de l'eau distill�e. Agiter pour rendre homog�ne.
Solution fille � 0,1 mol / L : fiole jaug�e de 200 mL ; pipette jaug�e
de 200 / 5 = 40 mL.
Solution
fille � 0,05 mol / L : fiole jaug�e de 200 mL ; pipette jaug�e de 200 /
10 = 20 mL.
Pr�lever la solution m�re ; verser dans la fiole jaug�e ; compl�ter
jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distill�e ; agiter.
28. Que signifient les
pictogrammes suivants ?
29. Quelles
pr�cautions faut-il prendre pour le stockage de ce produit ?
R�cipient bien ferm�, au sec, endroit frais et ventil�.
Ne pas stocker pr�s de mati�res combustibles.
7. R�fraction de la lumi�re.
30.
Une radiation lumineuse se propageant dans l'air p�n�tre dans un
liquide sous une incidence i= 40�. L'angle de r�fraction est r = 30�.
D�terminer l'indice du liquide.
1 sin i = n sin r ; n = sin 40 / sin 30 =1,29.
31. Soient les dioptres suivants dont les milieux ont pour indices
respectifs :
n1 = 1,644 ; n2 = 1,502.
n1 = 1,644 ; n2 = 1,000.
n1 = 2,420 ; n2 = 1,000.
D�terminer pour chacun d'eux la valeur de l'angle d'incidence
limite.
n1 sin ilim = n2 sin 90 ; sin ilim = n2
/ n1.
sin ilim =1,502 / 1,644 =0,9136 ; ilim
=66,0� ;
sin ilim =1,000 / 1,644 =0,6083 ; ilim
=37,46� ;
sin ilim =1,000 / 1,420 =0,413 ; ilim
=24,41�.
8. Effet Doppler.
Un radar de contr�le routier �met une onde sonore continue qui se
r�fl�chit sur une cible. La figure ci-dessous repr�sente le front
d'onde � l'instant t = 4 T ( T : p�riode temporelle ).
A. V�hicule muni d'une
sir�ne et immobile.
Fr�quence du son f = 680 Hz ; vson = 340 m /s
32. D�finir une
onde sonore m�canique progressive.
Propagation d'une perturbation ( variation de pression) dans un milieu
mat�riel avec transport d'�nergie, sans transport de mati�re.
33. Expliquer le
principe de propagation d'une onde sonore. Pr�cisez en justifiant sa
nature longitudinale ou transversale.
La variation de pression se propage dans le milieu mat�riel. L'onde est
longitudinale.
34. D�finissez la
p�riode temporelle et pr�cisez sa valeur.
Dur�e s�parant deux perturbations identiques en un point donn�.
T = 1 / f = 1 / 680 =1,47 10-3 s .
35. D�finissez la
p�riode spatiale et pr�cisez sa valeur.
Plus petite distance s�parant deux points dans le m�me �tat vibratoire.
l = vson
T = vson / f = 340 / 680 = 0,50 m.
36. D�terminez si
deux points situ�s � la distance d = 55,0 m l'un de l'autre dans la
m�me direction de propagation sont en phase. Justifier.
55 = 110 x0,5 = 110 l.
Deux points distants d'un nombre entier de longueur d'onde vibrent en
phase.
37. D�terminez la
distance parcourue par le front d'onde � t = 3T.
d = vson x 3T = 340 x3 x1,47 10-3 =1,50 m.
38. L'onde se
r�fl�chit sur un obstacle situ� � 680 m de la source. D�terminer le
temps au bout duquel l'�cho de l'onde revient � la source apr�s
�mission du signal.
t = distance aller + retour / c�l�rit� = 2 x 680 / 340 = 4 s.
B. Le v�hicule se d�place
� la vitesse v.
39. Expliquer le
principe de l'effet Doppler.
Le
radar �met une onde continue qui est r�fl�chie par toute cible se
trouvant dans la direction point�e. Par effet Doppler, cette onde
r�fl�chie poss�de une fr�quence l�g�rement diff�rente de celle �mise :
plus grande fr�quence pour les v�hicules s'approchant du radar et plus
petite pour ceux s'en �loignant.
40.
Le v�hicule se rapproche d'un observateur immobile. Donnez la relation
entre f ', fr�quence per�ue par l'observateur, f fr�quence de la
sir�ne, v et vson.
f ' = f / (1-v / vson).
41. Le son per�u
par l'observateur fixe poss�de une fr�quence f ' = 716 Hz. Le son
est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine ? Justifier.
f ' > f, le son per�u est plus aigu.
42. D�terminer la
vitesse v du v�hicule.
1-v / vson = f / f '.
v / vson = 1-f / f ' ; v = vson(1-f
/ f ') =340 (1-680 / 716) =17,1 m /s ( 61,5 km / h).
|
|
