La mer morte en danger, industrie du potassium, le canal de la paix, concours général SPCL 2021. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . .. .. ...... ... Synthèse d'un retardataire de flamme. Les composés bromés comme le tétrabromobisphénol A (TBBPA) sont utilisés comme retardateur de flamme.  La synthèse du TBBPA à partir de bisphénol A (BPA) consiste en une bromation aromatique.   38.Indiquer, en justifiant la réponse, si la molécule de bisphénol A est chirale. Les atomes de carbone des cycles sont trigonaux. Le seul atome de carbone tétragonal compte deux groupes CH3 identiques. La molécule de bisphénol A n'est pas chirale.  39. Après avoir recopié la formule chimique de la molécule de bisphénol A sur la copie, entourer et nommer les fonctions chimiques présentes.  Lors de cette transformation, un produit dibromé peut être formé. Pour vérifier que le produit synthétisé est tétrabromé, on réalise une étude par spectroscopie RMN H1. 40. Déterminer si ce spectre correspond à un produit dibromé ou tétrabromé. Dérivé tétrabromé.   Afin d’étudier la régiosélectivité observée lors de la formation du TBBPA, on étudie la transformation suivante :   41. Justifier le choix de trichlorométhane comme solvant de cette synthèse. C'est un excellent solvant pour de nombreuses substances organiques. 42. Reproduire sur la copie ce mécanisme en y ajoutant les flèches courbes, les doublets non-liants et les lacunes électroniques.  43. Nommer les deux étapes de ce mécanisme. Etape 1 : addition de l'électrophile sur le cycle benzénique. Etape 2 : élimination de l'hydrogène = réaromatisation. On cherche à interpréter la formation sélective du composé majoritaire à partir des intermédiaires de Wheland conduisant à chaque composé : majoritaire minoritaire.  44. Représenter les schémas de Lewis et les formes mésomères correspondant à chaque intermédiaire. Conclure sur la stabilité de ces deux intermédiaires et commenter la formation sélective du composé majoritaire. Les groupes OH et CH3 présents sur le cycle activent la position ortho. Industrie du potassium.  Il est possible de récupérer le chlorure de potassium de la mer Morte à l’aide de différents procédés. Nous allons étudier le procédé thermique. Les solubilités de KCl et NaCl ne sont pas indépendantes. Pour envisager la séparation, il est nécessaire d’étudier un diagramme ternaire du mélange NaCl-KCl-H2O sur lequel sont indiquées les phases présentes en fonction de la fraction massique en KCl en abscisse et de la fraction massique en NaCl en ordonnée. Diagramme de phase solide-liquide du mélange ternaire NaCl-KCl-H2O à 25 °C. Sur le segment [AB], KCl et NaCl sont sous forme solide, il n’y a plus d’eau, alors wKCl + wNaCl = 100 % Pour tout autre point à l’intérieur du triangle OAB, les trois espèces physico-chimiques, KCl(s), NaCl(s) et H2O(l), sont présentes, alors wKCl + wNaCl + wH2O = 100 % .La température a un effet sur la séparation, un jeu de courbes en gras est obtenu pour chaque valeur de température. Seules les courbes en gras présentées sur le diagramme de phase précédent sont représentées à différentes températures : 0°C, 25°C et 100°C. Le début du cycle de séparation étudié est représenté par les points A, B, C, et F sur le diagramme ternaire précédent. On considère une solution initiale, de masse 1000 g, contenant du chlorure de potassium et du chlorure de sodium dissouts, représentée par le point A.  45. Relever les fractions massiques de KCl et NaCl de la solution initiale. En déduire la fraction massique de l’eau et le rapport des deux fractions massiques wNaCl / wKCl. wNaCl= 18 % ;  wKCl = 12 % ; weau =100-18-12 =70 %. wNaCl / wKCl = 18 /12 =1,5.  La solution est chauffée à 100°C avant de commencer l’évaporation.  46. En argumentant la réponse sur la valeur des fractions massiques des trois espèces, préciser la position du point correspondant à cette étape dans le diagramme ternaire. Le point A se déplace vers B. L’apport d’énergie thermique fait que l’évaporation commence en restant à la température de 100°C.  47. Justifier qu’une évaporation conduise à un déplacement du point A vers le point B selon la droite (AB). Préciser la valeur de la fraction massique de l’eau restante au point B. wNaCl= 34 % ;  wKCl = 21 % ; weau =100-34-21 =45 %. 48.Pour une masse de 1000 g de solution initiale au point A, déterminer la masse d’eau évaporée au point B. La fraction massique de l'eau diminue de 70 % à 45 %. Masse d'eau évaporée : 1000 (0,70-0,45) =250 g.  49.Préciser la transformation physique qui s’opère sur le système chimique au point B. On évapore à 100 ºC. En B, le chlorure de sodium cristallise.  En continuant l’évaporation, la solution s’épuise en NaCl, le point représentatif de la solution se déplace de B vers C.  Tout en continuant l’évaporation, une filtration du mélange en continu permet d’extraire le solide formé au court du cycle. 50. Préciser quelle est la nature du sel récupéré par filtration entre B et C. En C on sépare par filtration le NaCl et l’on refroidit la solution à 25 ºC. La solution entre alors dans la zone de cristallisation de KCl . Le titre en NaCl restant constant le point représentatif de la solution se déplace sur une horizontale, vers D.  51. Déterminer la masse de ce sel récupéré par filtration en C. La fraction massique de NaCl diminue de 34 % à 27 %. Masse de NaCl récupérée : 1000 (0,34-0,27) =70 g. La solution est ensuite refroidie à 25°C.  Les courbes de séparation de phases se déplacent vers la gauche. Le point C se situe alors dans la zone de cristallisation du KCl(s), qui précipite à son tour. Au fur et à mesure du refroidissement et de la filtration, de l’eau de mer est réintroduite en quantité maitrisée. Le point C se déplace jusqu’au point F. Après, le cycle FBCF recommence. Entre C et F, la quantité de NaCl provenant de la solution présente au point C reste constante. L’apport d’eau de mer permet de maintenir la fraction massique de NaCl également constante. 52. Déterminer la masse de KCl(s) filtré lorsque la solution arrive au point F. La fraction massique de KCl diminue de 34 % à 17 %. Masse de KCl récupérée : 1000 (0,34-0,17) =170 g. . . Le titre en NaCl restant constant le point représentatif de la solution se déplace sur une horizontale, vers D.  Arrivé en ce point, on chauffe à 100 ºC. En évaporant, le point représentatif de cette solution se déplace vers E, ... puis vers c. Le cycle le plus efficace et le plus économique (  en récoltant 100 % du KCl et du NaCl. ) correspond à la séquence FBCF. . ... .... Le canal de la paix. Pour contrer la baisse de niveau de la mer Morte due à son évaporation et à la surexploitation du Jourdain, il est envisagé la construction d’un pipeline reliant la Mer Rouge à la Mer Morte. L’eau prélevée dans le golfe d’Aqaba ira d’abord dans une usine de désalinisation pour obtenir une eau potable qui fait cruellement défaut dans la région. Puis les saumures (eaux salées) issues de cette usine seront transférées dans le pipeline, en passant par une centrale hydroélectrique afin de fournir de l’électricité. Source : www.solidariteetprogres.fr. Données : - Masse volumique des saumures issues de la mer Rouge : r = 1,1 103 kg m-3 - Caractéristiques du pipeline :  Longueur  = 200 km ; section uniforme de diamètre † = 3,0 m ; pipeline réalisé en matériau de rugosité e = 1,0 mm. À l’heure actuelle, la surface libre de la mer Morte est située à – 430 m en dessous du niveau moyen des mers du globe (et donc de la Mer Rouge). La pluviométrie, c’est-à-dire la mesure de la quantité d’eau tombée autour de la mer Morte, est estimée à Š’ hp= 60 mm d’eau par an (moins du dixième de la valeur à Paris). Le principal fleuve alimentant la mer Morte est le Jourdain dont le débit volumique moyen est estimé à  Dv= 16 m3 s-1. Source : Encyclopedia Universalis. La mer Morte a actuellement une surface  S= 810 km² et la baisse de son niveau est estimée à 70 cm par an. La variation du niveau de la mer Morte est essentiellement contrôlée par le phénomène d’évaporation, la pluviométrie et l’apport en eau dû au Jourdain. Soit Š‡he  la hauteur d’eau évaporée par an et DZTœ la variation algébrique de l’altitude de la surface libre de la mer Morte.  53. Montrer par un bilan volumique que DZTœ = hp − he + Dv Dt / S . Apport par le Jourdain : Dv Dt. Apport par la pluie : hp S. Retrait par évaporation : he S. Bilan : DZTœ S = hp S +Dv Dt.-he S. DZTœ = hp − he + Dv Dt / S .  54. Commenter le signe de DZTœ à l’heure actuelle et déterminer la valeur de la hauteur d’eau évaporée, heŠ‡, en une année. DZTœ = -0,70 m < 0. he = Dv Dt / S - DZTœ + hp =16 x3600 x24 x365 / (810 106) +0,7 +0,060~1,38 m. 55.Estimer la baisse annuelle du niveau de l’eau de la mer Morte,  dans le cas où le Jourdain serait totalement exploité et donc qu’il n’alimenterait plus la mer Morte. DZTœ = hp − he =0,06-1,38 =-1,32 m.  Dans cette partie, on s’intéresse tout d’abord à un écoulement libre entre les deux mers, sans turbine sur la canalisation. Cet écoulement est pris entre deux points A et B à la surface des deux mers, relativement loin des extrémités du pipeline. Dans ces conditions, les vitesses des particules d’eau aux points A et B sont négligeables. La pression aux deux points est égale à la pression atmosphérique. On note œzA l’altitude de la surface libre de la mer Rouge et œ zB celle de la mer Morte. On supposera l’eau de la mer Rouge incompressible et l’écoulement permanent. Le modèle qui décrit l’écoulement permet d’utiliser le théorème de Bernoulli : (pA + ½ rvA2 +rgzA) − (pB + ½ rvB2 +rgzB) = Dp avec Dp les pertes de charges dans la canalisation en Pa. L’écoulement est pris entre deux points A et B à la surface des deux mers, relativement loin des extrémités du pipeline, de sorte que les vitesses des particules d’eau aux points A et B sont négligeables. La pression aux deux points est toujours égale à la pression atmosphérique.  56. Donner les unités usuelles pour chacune des grandeurs du théorème de Bernoulli et donner son expression simplifiée entre les points A et B dans le cas étudié dans cette partie. Pression (Pa) ; masse volumique (kg m-3) ; vitesse (m /s), altitude (m). g = 9,8 m s-2. rgzA − rgzB = Dp. rg(zA −zB) =Dp. La perte de charge est essentiellement due à la rugosité du matériau e constituant la canalisation et à la vitesse v du fluide. Elle peut s’exprimer selon la relation : Dp = ½e L r v2 / d dans laquelle d † est le diamètre intérieur de la canalisation, L  est la longueur de la canalisation, e représente le coefficient de perte de charge de l’installation. 57. Montrer alors que le débit volumique dans le pipeline est donné par la relation : Qv = p d2 / 4[2dg(zA-zB) / (eL)]½. rg(zA −zB) =½e L r v2 / d. v2 =2gd(zA −zB) / (eL). Qv = p d2 / 4 v = p d2 / 4[2dg(zA-zB) / (eL)]½. Les dimensions du canal de la paix étant connues, l’estimation du débit passe par la détermination du coefficient de perte de charge. Elle peut être faite avec l’abaque donné.  La lecture du coefficient de perte de charge e sur l’axe vertical de gauche, se fait en fonction de la rugosité relative e / d de la canalisation et du nombre de Reynolds, Re ‡, caractérisant la turbulence de l’écoulement (laminaire, transitoire ou turbulent).  58.En supposant l’écoulement très turbulent, c’est-à-dire que le point de fonctionnement se situe dans la zone de « Turbulence complète », montrer à l’aide de l’abaque que la valeur du coefficient de perte de charge du pipeline vaut environ e = 0,015. e / d  = 10-3 / 3 ~3,3 10-4.  59. Déterminer alors la valeur du débit volumique dans le pipeline, dans le cas de cet écoulement libre. Qv = 3,14 x 9 / 4 [2x3x9,8x430 / (0,015 x200 103)]½=20,5 ~ 20 m3 /s. 60. Déterminer alors quelle serait la variation algébrique annuelle de hauteur œ de la mer Morte si le projet se réalise. Commenter. DZTœ = hp − he + (Dv+Qv) Dt / S . DZTœ =0,06-1,38+(16 +20)x3600 x24 x365 / (810 106) =0,08 m. Le niveau de la mer reste pratiquement constant. Installation d’une centrale hydroélectrique.  Le projet prévoit aussi l’installation d’une centrale hydroélectrique sur les bords de la mer Morte exploitant le dénivelé entre les deux mers pour produire de l’électricité. Dans la centrale hydroélectrique, l’eau de la canalisation met en mouvement une turbine T qui entraine un alternateur. L’énergie électrique produite par celui-ci sera directement distribuée sur le réseau électrique après élévation de tension grâce à un transformateur.  61.Réaliser un schéma de la chaine énergétique faisant apparaître : - les différents réservoirs d’énergie et convertisseurs de la chaine : mer Rouge, mer Morte, turbine, alternateur, transformateurs, réseau, - les énergies échangées par les différents organes, - les pertes énergétiques éventuelles. On suppose que les pertes de charges dans la centrale hydroélectrique sont négligeables devant celles engendrées pas les 200 km de canalisation, si bien que le théorème de Bernoulli s’écrit maintenant : (pA + ½ rvA2 +rgzA) − (pB + ½ rvB2 +rgzB) = Dp +Pabs / Qv. avec Pabs ƒ„• la puissance cédée par le fluide à la turbine et Dp la perte de charges.  L’écoulement est pris entre deux points A et B à la surface des deux mers, relativement loin des extrémités du pipeline, de sorte que les vitesses des particules d’eau aux points A et B sont négligeables. La pression aux deux points est toujours égale à la pression atmosphérique.  62. Montrer alors que la puissance absorbée par la turbine est donnée par : Pabs = Qv [ rg(zA-zB)-8r eL Qv2 / (p2d5)]. rgzA-rgzB =rg(zA-B)= Dp +Pabs / Qv. Pabs = [rg(zA-B)- Dp] Qv. Pabs = [rg(zA-B)- ½e L r v2 / d] Qv. Qv = pd2 / 4 v. v2=16Qv2 / (p2d4). Pabs = Qv [ rg(zA-zB)-8r eL Qv2 / (p2d5)].  Avec les données dimensionnelles du projet de canal de la paix, la représentation de la fonction ƒ„• Pabs = f(Qv) est la suivante : 63. Relever la valeur du débit  à utiliser pour que la turbine soit exploitée de façon optimale.  64. Déterminer alors la variation algébrique annuelle DZTœ du niveau de la mer Morte dans ces conditions. Commenter. DZTœ = hp − he + (Dv+Qv) Dt / S . DZTœ =0,06-1,38+(16 +13,5)x3600 x24 x365 / (810 106) = -0,17 m. Le niveau de la mer diminue faiblement.

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