Chimie, concours Puissance alpha 2019.

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Exercice 1. Etude d'une solution d'acide nitreux.
  On dispose d'une solution d'acide nitreux HNO2 de concentration c=1,0 10-2 mol / L. Le pH de cette solution est �gal � 2,7.
HNO2 aq / base conjugu�e : pKa = 3,3 � 25�C.
a. L'acide nitreux est un acide totalement dissoci� dans l'eau. Faux.
pH > -log(c) ; 2,7 > - log(1,0 10-2).
b. La base conjugu�e de l'acide nitreux est l'ion nitrate NO3-aq. Faux ( NO2-aq).
On ajoute � la solution d'acide nitreux une solution basique d'�thanoate de sodium ( Na+aq +CH3COO-aq) de telle sorte que le pH du m�lange obtenu, apr�s r�action acido-basique, soit �gal � 5,0.
c. Dans ce m�lange, la concentration en acide nitreux est plus de 10 fois sup�rieure � celle de sa base conjugu�e. Faux.
A pH =5, sup�rieure au pKa du couple ( HNO2aq / NO2-aq), l'ion nitrite pr�domine..
d. La concentration en ion hydroxyde dans le m�lange obtenu est �gale � 1,0 10-9 mol / L. Vrai.
[H3O+aq] = 10-5 mol / L ; [HO-aq] = 10-14 /
[H3O+aq] =1,0 10-9 mol / L.

Exercice 2. L'eau de Javel.
Les propri�t�s de l'eau de Javel sont dues � l'ion hypochlorite ClO-. L'eau de Javel est commercialis�e en berlingots de 200 mL, concentration en ion hypochlorite = 2,0 mol /L,  ou en bidon, 
concentration en ion hypochlorite = 0,50 mol /L. Dans une eau de Javel, les ions hypochlorite r�agissent lentement selon : ClO-aq ---> Cl-aq +�O2(g).
On r�alise l'�tude cin�tique de cette r�action en titrant les ions hypochlorite pr�sents dans un berlingot de volume V = 200 mL.

a. Le temps de demi-r�action est d'environ 20 semaines. Faux.
 b. Au bout de 15 semaines, la concentration en ion hypochlorite est d'environ 0,5 mol / L. Vrai.
Il reste 0,4 -0,3 = 0,1 mol d'ion hypochlorite ; 0,1 / 0,2 = 0,5 mol / L.
c. A une temp�rature de 25�C la valeur du temps de demi-r�action serait plus �lev�e que la valeur � 20�C. Faux.
La temp�rature est un facteur cin�tique.
Une personne vide le berlingot dans un litre d'eau.
d. La concentration en ion hypochlorite de cette eau de Javel dilu�e est de 0,4 mol / L. Vrai.
Facteur de dilution 1000 / 200 = 5 ; concentration de la solution dilu�e 2,0 / 5 = 0,4 mol / L.

Exercice 3. Etude d'une solution d'�osine.
D�termination de la concentration d'une solution d'�osine par spectrophotom�trie.
On r�alise le spectre d'une solution d'�osine not�e S' de concentration c' = 1,0 10-5 mol / L.

a. Il s'agit d'un spectre d'absorption UV-visible. Vrai.
b. L'�osine est une esp�ce chimique de couleur cyan. Faux.
Le maximum d'absorption est vers 500 nm ( cyan). La solution poss�de la couleur compl�mentaire du cyan, soit le rouge.
On mesure dans les m�mes conditions que pr�c�demment, l'absorbance de la solution d'�osine S de concentration inconnue. Il pr�pare un volume VS1 = 200,0 mL d'une solution S1 en diluant 10 fois la solution S. L'absorbance mesur�e, pour une longueur d'onde de 500 nm, est A1 = 1,5.
c. Pour pr�parer S1 il faut pr�lever 10,0 mL de solution S. Faux.
200,0 / 10 = 20,0 mL.
d. La concentration de la solution S est c = 3,0 10-4 mol / L. Vrai.
Absorbance et concentration sont proportionnelles.
A = k c ; 0,5 = k x1,0 10-5 ; k = 5 104.
cS1 = 1,5 / (5,0 104) =
3,0 10-5 mol / L.
Tenir compte de la dilution : c = 10
cS1 = 3,0 10-4 mol / L.

Exercice 4. Spectroscopie.
On souhaite identifier la mol�cule X ayant un seul groupe caract�ristique de formule brute C4H8O. On a le choix entre trois mol�cules A, B et C repr�sent�es ci-dessous.

a. Le spectre IR ne permet pas d'identifier  la mol�cule X. Vrai.
Les trois mol�cules poss�dent un groupe carbonyle C=O, pic vers1700 cm-1.
b. Lamol�cule X poss�de 8 groupes de protons �quivalents. Faux.
3 goupes de protons �quivalent : un singulet int�grant pour 3 ( CH3).
Un triplet int�grant pout 3 ; un quadruplet int�grant pour 2. ( H3C-CH2-)
c. Le signal situ� � 2,4 ppm est un quadruplet. Vrai.

d. La mol�cule X est la butanone. Vrai.

Exercice 5. Etude d'un anti-diarrh�tique.
On dissout un sachet de 7,00 g d'Adiaril dans l'eau pour obtenir 200 mL de solution.
Composition d'un sachet : 2,65 g de glucose ; 2,49 g de saccharose ; 0,210 g de chlorure.
Afin de v�rifier la masse d'ion chlorure pr�sent dans un sachet, on dissout le contenu d'un sachet dans une fiole jaug�e de 200 mL.
On r�alise le titrage conductim�trique de V1 = 20,0 mL de cette solution � l'aide d'une solution titrante de nitrate d'argent de concentration c = 4,25 10-2 mol / L. le graphe ci-dessous pr�cise l'�volution de la conductivit� du m�lange au cours du titrage.

a. La  mesure de la conductivit� d�pend du type d'ions pr�sents en solution mais pas de leur concentration. Faux.
b. Si la solution de nitrate d'argent �tait deux fois plus concentr�e, le volume �quivalent aurait �t� de 28 mL. Faux.
14 / 2 =7 mL.
c. La quantit� d'ion chlorure pr�sent dans le sachet est n = 0,595 mmol. Faux.
Ag+ aq + Cl-aq --> AgCl (s).
A l'�quivalence n(Ag+ aq) = n(Cl-aq) =c V�q =4,25 10-2 x 14 = 0,595 mmol dans 20 mL de solution.
0,595 x200 / 20 = 5,95 mmol.
d. La masse exp�rimentale d'ion chlorure est m = 0,211 g.
L'�cart relatif est donc d'environ 5 %. Faux.
(0,211-0,210) / 0,21 x 100 ~0,5 %..


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Exercice 6. Traitement des rosiers.
  Un jardinier poss�de une solution anti-chlorose riche en ion Fe2+aq. Il d�cide de doser ces ions.
Protocole :
Diluer 20 fois une solution anti-chlorose S. La solution dilu�e est not�e S'.
Introduire dans un erlenmeyer V1 = 10,0 mL de solution S' et de l'acide sulfurique.
R�aliser le titrage � l'aide d'une solution de permanganate de potassium de concentration C2 = 5,0 10-3 mol / L. V�q = 8,0 mL.
MnO4-aq + 5Fe2+aq + 8 H+aq ---> Mn2+aq + 5Fe3+aq + 4H2O(l).
Seul l'ion permanganate est color� ( teinte violette).
a. La disparition de la couleur violette indique la fin du titrage. Faux.
Avant l'�quivalence, l'ion permanganate est en d�faut ( solution incolore). Apr�s l'�quivalence il se trouve en exc�s ( apparition de la couleur violette).
b. A l'�quivalence, la quantit� d'ion permanganate est 5 fois moins �lev�e que celle d'ion fer( II) initiale. Vrai.
c. La solution anti-chlorose dilu�e a une concentration �gale � 2,0 10-2 mol / L. Vrai.
n(MnO4-aq) = C2 V�q = 5,0 10-3 x8,0 = 4,0 10-2 mmol.
n(Fe2+aq) =5 x4,0 10-2 = 0,20 mmol dans 10 mL soit 0,02 mol / L.
Tenir compte de la dilution, concentration de la solution avant dilution  : 0,020 x 20 = 0,4 mol / L.
d. La teneur en fer est de 22,4 g / L. Vrai.
0,4  M(Fe) = 0,4 x 56 =22,4 g / L.

Exercice 7. alcalinit� de l'eau d'une piscine.
On effectue le titrage pH-m�trique de 50,0 mL d'eau par une solution d'acide chlorhydrique de concentration c = 2,0 10-2 mol / L.
Le pH de cette eau avant titrage est d'environ 8.
La TAC d'une eau correspond au volume ( en mL) d'une solution d'acide chlorhydrique de concetration 0,020 mol/L n�cessaire pour atteindre l'�quivalence lors du titrage de 100,0 mL de cette eau.
Le graphe pH=f(V) pr�cise l'�volution du pH en fonction du volume V d'acide chlorhydrique ajout� pour un volume sup�rieur� 10 mL.

a. Ce titrage aurait pu �tre effectu� par colorim�trie. Dans ce cas, l'indicateur le plus appropri� est le vert de bromocr�sol ( zone de virage 3,8 ; 5,4). Vrai.
La zone de virage de l'h�lianthine ( zone de virage plus �troite 3,1 ; 4,4) contient le pH du point �quivalent. L'h�lianthine peut convenir.
b. Dans ce titrage, c'est l'esp�ce pr�dominante HCO3- qui r�agit essentiellement avec l'acide chlorhydrique. Vrai.
HCO3- pr�domine entre pH= 6,3 et pH = 10.
c. L'ion hydrog�nocarbonate est une esp�ce ampholyte. Vrai.
d. Le TAC de cette eau est 16,5 �F. Faux.
16,5 x 2 = 33 �F.

Exercice 8. Analyse d'un protocole, synth�se �thanoate d'isopropyle.
Introduire dans un ballon muni d'un r�frig�rant un volume VA = 8,8 mL de 3-m�thylbutan-1-ol (A, M = 88 g / mol, masse volumique 0,80 g / mL), un volume VB = 6,0 mL d'acide �thano�que (B,M =60 g / mol, masse volumique 1,0 g / mL) puis ajouter goutte � goutte un volume V = 4,0 mL d'acide sulfurique concentr� tout en refroidissant le ballon � l'aide d'un bain de glace. Chauffer � reflux durant 15 minutes.
C5H11OH + CH3-COOH = C7H14O2 + H2O.
On donne 4 /3 ~1,3 ; 8,8 / 13 ~0,68 ; 1 /1,3 ~0,77 ; 0,68 / 1,3 ~0,53 ; 6,8 / 8 ~0,85.
a. L'acide sulfurique joue le r�le de catalyseur. Vrai.
b. La formule topologique du 3-m�thylbutan-1-ol est :
c. Le 3-m�thylbutan-2-ol est l'�nantiom�re du r�actif A. Faux.
Il s'agit d'un isom�re de position de la fonction.
d. On obtient 8,8 g d'�thanoate d'isopentyle. Faux.
Masse de B : 6,0 g ; quantit� de mati�re : 6,0 / 60 = 0,10 mol.
Masse de A :8,8 x0,8 g ; quantit� de mati�re 8,8 x0,8 / 88 =0,08 mol ( en d�faut).
On peut esp�rer au mieux obtenir 0,08 mol d'ester.
M(ester) = 7 x12 +14 +2x16 =130 g/mol.
Masse th�orique d'ester : 0,08 x130 =10,4 g.

Exercice 9. Comp�tition entre m�canismes.
Le 1-bromopentane r�agit avec l'ion tert-butanolate pour former deux compos�s A et B en proportions respectives 15 % et 85 %.

Le 1-bromopentane r�agit avec l'ion �thanolatpour former deux compos�s C et B en proportions respectives 90 % et 10 %.

a. La r�action conduisant � la formation du compos� A est une r�action de substitution. Vrai.
b. Le compos� B pr�sente deux diast�r�oisom�res. Faux.
Le m�canisme conduisant � la formation de A peut �tre d�compos� en deux �tapes :

c. Dans l'�tape 2, la fl�che courbe symbolisant le transfert d'un doublet d'�lectrons est correctement repr�sent�e. Faux.
Elle doit avoir le sens inverse, du doublet vers le carbone +CH2.
d. Un chimiste souhaite synth�tiser du pent-1-�ne ( compos� B) � partir du 1-bromopentane. Il obtiendra un meilleur rendement avec l'ion �thanolate. Faux.

Exercice 10. Synth�se d'un dipeptide.
La  leucine et l'alanine sont deux acides amin�s.

a. La Leucine et l'alanine sont deux mol�cules chirales. Vrai.
Toutes les deux poss�dent un atome de carbone asym�trique.
On envisage la r�action entre l'alanine et la leucine.
b. Cette r�action peut conduire � 4 dipeptides diff�rents. Vrai.
Ala-Ala ; Leu-Leu ; Ala-Leu ; Leu -ala.
Le protocole conduit au compos� C suivant :

c. Lors de la formation de la fonction amide, il y a lib�ration d'une mol�cule d'eau. Vrai.
d. Pour la synth�se de C, il a fallu prot�ger le groupe carboxyle de la leucine et le groupe amine de l'alanine. Faux
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Il a fallu prot�ger le groupe carboxyle de l'alanine et le groupe amine de la leucine.




  

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