Chimie,
concours
adjoint technique principal Versailles
2021.
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d’int�r�ts.
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Chimie.
L’�osine est un colorant rouge solide de masse molaire M = 691,9 g.mol-1.
Un professeur pr�pare une activit� exp�rimentale sur la d�coloration de
l’�osine par l’eau de Javel et envisage un suivi de cette cin�tique par
spectrophotom�trie.
Q1 - La
concentration en masse de la solution aqueuse de colorant � utiliser
par les �l�ves est 2,8.10-3 g.L-1. Calculer la
masse d’�osine n�cessaire � la pr�paration d’un litre de cette solution
par dissolution.
m = 2,8 10-3 g = 2,8 mg.
Q2 - Le laboratoire
dispose de balances de pes�e, dont les pr�cisions vont de 0,1 g pr�s �
0,001 g pr�s. Expliquer pourquoi la solution demand�e ne peut pas �tre
pr�par�e par une unique dissolution.
La balance la plus pr�cise est � 1 mg pr�s, donc impossible de peser
avec pr�cision 2,8 mg.
Q3 - Une strat�gie
de pr�paration d’un litre de solution aqueuse d’�osine � 2,8.10-3
g.L-1 consiste en une dissolution suivie d’une dilution.
Lister pr�cis�ment le mat�riel n�cessaire � l’ensemble de cette
pr�paration.
Balance de pr�cision + coupelle + spatule.
Becher, fioles jaug�es, pipette jaug�e.
Q4 - La s�ance
d’activit� exp�rimentale est programm�e pour 3 groupes de sp�cialit� de
terminale compos�s chacun de 20 �l�ves regroup�s en bin�mes. Le
professeur a indiqu� une quantit� n�cessaire et suffisante de 50 mL de
solution d’�osine par paillasse. D�terminer si la pr�paration d’un
litre de solution est suffisante pour l’ensemble des terminales du
lyc�e.
60 �l�ves soit 30 bin�mes soit 30 x50 = 1500 mL = 1,5 L. ( donc 1 L est
insuffisant).
Q5 - Parmi les
appareils repr�sent�s ci-dessous, choisir celui correspondant � un
spectrophotom�tre.
Q6 - D�terminer en
justifiant la couleur de la solution pr�par�e.
Le maximum d'absorption se situe vers 530 nm ( vert). La solution est
magenta, couleur compl�mentaire du vert.
Q7 - Pr�ciser le
solvant � pr�voir pour faire le blanc de l’appareil et justifier le
fait que des cuves en plastique soient adapt�es pour la s�ance.
Solution aqueuse d'�osine :
le solvant est l'eau pour faire le blanc.
La gamme de transmission des cuves en plastique s'�tend de 380 � 780 nm
( spectre visible).
Q8 - Indiquer dans
quel cas il est pr�conis� d’utiliser des cuves en verre.
Verre optique : plage de transmission 340 �2500 nm.
Quartz IR : plage de transmission 220 � 3500 nm. C'est un bon choix
pour les mesures UV VIS.
L’eau de Javel est une solution aqueuse incolore d’hypochlorite de
sodium (Na+(aq), CℓO-(aq)) et de chlorure de
sodium (Na+(aq), Cℓ-(aq)). Un berlingot
commercial �tiquet� � 4,8 % de chlore actif correspond � une solution
de concentration en hypochlorite [CℓO-]0 = 0,72
mol.L-1. La concentration de la solution � pr�parer pour les
�l�ves est de 0,48 mol.L-1.
Q9 - Indiquer la
position de la colonne de l’�l�ment chimique chlore Cℓ dans la
classification p�riodique.
Colonne des halog�nes ( num�ro 17 ).
Q10 - Calculer le
facteur de dilution � appliquer pour la pr�paration de la solution
d’eau de Javel � partir du berlingot commercial.
0,72 / 0,48 =1,5.
Au laboratoire, vous retrouvez un flacon not� � eau de Javel dilu�e �
sans autre pr�cision, et vous souhaitez d�terminer sa concentration par
titrage pour savoir s’il est possible de l’utiliser. Cela se fait en
deux �tapes :
Etape 1 : r�action
avec les ions iodures
Les ions hypochlorite ClO-(aq) oxydent les ions iodures I-(aq) en
milieu faiblement acide. Les ions I-(aq) sont ajout�s en exc�s pour que
tous les ions ClO-(aq) r�agissent.
ClO-(aq) + 2 H+(aq) + 2 I-(aq) = Cl-(aq)
+ I2(aq) + H2O (1)
Etape 2 : r�action
de titrage du diiode obtenu
Le diiode I2(aq) form� est titr� par les ions thiosulfate S2O32-(aq).
I2(aq) + 2 S2O32-(aq) =2 I-(aq)
+ S4O62-(aq) (2)
Q11 - Ecrire tous
les couples d’oxydo-r�duction mis en jeu dans les r�actions (1) et (2)
en pr�cisant le r�le (oxydant ou r�ducteur) des esp�ces r�actives
utilis�es.
Etape 1 : oxydant ClO-(aq) / Cl-(aq) et
r�ducteur I-(aq) / I2(aq).
Etape 2 : S4O62-(aq) / S2O32-(aq)
r�ducteur et I-(aq) / I2(aq) oxydant.
Lors de l’�tape (2), la
solution titrante de thiosulfate de sodium (2 Na+(aq) ; S2O32-(aq))
utilis�e a pour concentration C2 = 0,200 mol.L-1.
Juste avant l’�quivalence, le m�lange devient jaune clair, et on y
ajoute quelques gouttes d’une solution d’empois d’amidon. Le volume
relev� � l'�quivalence est VE = 14,4 mL.
Q12 - L�gender le
sch�ma de ce titrage.
Q13 - Indiquer le
r�le de l’empois d’amidon.
Indicateur color� de fin de r�action.
En
pr�sence de diiode , l'empois d'amidon forme un complexe de couleur
violet fonc� ( couleur de la solution avant l'�quivalence) ; apr�s
l'�quivalence, toutes les esp�ces sont incolores.
Q14 - Sachant que
la relation � l’�quivalence entre les quantit�s de mati�re des r�actifs
mis en jeu s’�crit n(S2O32-(aq)) = 2 n(I2(aq)),
d�terminer la quantit� initiale de diiode de l’�tape 2.
n(I2(aq)) = � VE C2 =
0,5 x14,4 x0,200 =1,44 mmol.
Q15 - En d�duire la quantit� n(CℓO-)
d’ions hypochlorite dans le volume V1 = 20,0 mL pr�lev� de
la solution d’eau de Javel, puis la concentration [CℓO- ]1
de la solution du flacon trouv� au laboratoire. Conclure si elle peut
�tre utilis�e pour la pr�paration de l’activit� exp�rimentale.
n(CℓO-)=n(I2(aq))
=1,44 mmol dans 20,0 mL soit 1,44 / 20,0 =0,072 mol / L, inutilisable,
trop dilu�e.
Q16 - Plusieurs
panneaux de signal�tique li�s � la s�curit� sont pr�sents dans la salle
de travaux pratiques. En choisir deux indiquant la pr�sence d’un
dispositif pouvant �tre utilis� suite � une projection accidentelle
d’eau de Javel dans les yeux d’un �l�ve.
Q17 - Donner la
signification du sigle FDS.
Fiche de donn�es et de s�curit�.
Q18 - Expliquer la
signification des pictogrammes de danger indiqu�s.
Q19 - Indiquer la
formule chimique et le nom exact du gaz toxique d�gag� par r�action
entre un acide et l’eau de Javel.
Dichlore Cl2.
Q20 - Parmi les
bidons de r�cup�ration suivants disponibles au laboratoire, choisir
celui dans lequel verser les d�chets d’eau de Javel :
Solutions basiques.
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B - Synth�se du parac�tamol.
Un professeur pr�pare une activit� exp�rimentale de synth�se du
parac�tamol et fournit � l’agent de laboratoire une fiche de
pr�paration dont un extrait est reproduit ci-apr�s :
Etapes du protocole de
synth�se :
Dans un erlenmeyer placer le para-aminoph�nol, l’eau distill�e, le
solvant de synth�se et un barreau aimant�. Adapter un r�frig�rant � air
et chauffer au bain-marie. Laisser refroidir. Ajouter l’anhydride
ac�tique et remettre au bain-marie.
Laisser refroidir � l’air puis dans un bain d’eau glac�e. Filtrer
sous vide le solide obtenu. Mettre � l’�tuve.
D�terminer la temp�rature de fusion du solide obtenu. Effectuer
une chromatographie sur couche mince avec 3 d�p�ts : para-aminoph�nol,
solide obtenu, parac�tamol commercial, tous dissous dans l’�thanol.
Proc�der � la recristallisation dans l’eau du solide obtenu. Filtrer
sous vide. Mettre � l’�tuve.
Q21 - Donner la
formule semi-d�velopp�e puis la formule brute de la mol�cule de
parac�tamol synth�tis�e lors de cette exp�rience.
Q22 - D�terminer la
formule brute du produit secondaire X form� pendant cette synth�se.
Q23 - Parmi les
produits � mettre � disposition, choisir ceux devant �tre install�s
sous la hotte aspirante de la salle.
Para-aminoph�nol et anhydride �thano�que.
Q24 - Expliquer la
diff�rence entre les phrases de type H ainsi que celles de type P.
Mentions de danger (H) et consignes de prudence (P)
Q25 - Proposer le
mat�riel � disposer � proximit� du flacon d’anhydride �thano�que dont
un volume de 2,5 mL doit �tre pr�lev� par les �l�ves.
Pipette jaug�e et pipeteur.
Q26 - Le
pr�l�vement pr�c�dent peut aussi �tre r�alis� par pes�e. Calculer la
masse d’anhydride correspondante.
Densit� d = 1,08 ; masse � peser : 1,08 x 2,5 =2,7 g.
Q27 - Parmi les
dispositifs suivants, choisir celui qui est d�crit dans le protocole
pour chauffer le milieu r�actionnel lors de la synth�se :
Q28 - Citer deux
int�r�ts d’un tel montage.
On acc�l�re la r�action, la temp�rature est un facteur cin�tique.
On �vite les pertes de mati�re, les vapeurs se condensent dans le
r�frig�rant et retombent dans le milieu r�actionnel.
Q29 - Nommer le
mat�riel � installer pour l’�tape de filtration sous vide.
Trompe � eau, c�nes d'�tanch�it�, fiole � vide, entonnoir de B�chner,
tuyau � vide.
Q30 - Les �l�ves
utilisent l’�tuve pour faire s�cher leur solide r�cup�r� apr�s
filtration. Proposer une temp�rature adapt�e de r�glage de l’�tuve.
Temp�rature inf�rieure � la temp�rature de fusion du parac�tamol 169 �C
; par exemple 140 �C.
Q31 - Nommer
l’appareil repr�sent� sur la photo ci-dessous.
Banc Kofler.
Q32 - Indiquer
comment �talonner cet appareil.
Utliser des solides �talons.
On d�place le chariot horizontalement jusqu'� ce que le curseur soit �
la fronti�re entre le solide et le liquide.
On d�place l'index mobile jusqu'� ce qu'il indique la temp�rature
de fusion de l'�talon.
Q33 - Pour la
pr�paration par les �l�ves des �chantillons � d�poser sur la plaque
CCM, le professeur a demand� � disposer de flacons compte-gouttes
d’�thanol. Lister les informations � indiquer sur l’�tiquette de ces
petits flacons.
Para-aminoph�nol pur ; parac�tamol pur ; produit de la synth�se.
Q34 - A la fin de
la s�ance les �l�ves mettent en oeuvre une recristallisation du
parac�tamol solide synth�ttis�. Donner le but et le principe de cette
technique exp�rimentale avant d’en d�crire succinctement un protocole.
Permet de s�parer l'aspirine des impuret�s
en jouant sur la diff�rence de solubilit� du parac�tamol et des
impuret�s dan un solvant. On dissout l'ensemble � chaud dans le volume
miminum de solvant, puis on laisse refroidir.
Le parac�tamol cristallise alors que les impuret�s doivent rester dans
le solvant.
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