Aurélie 05/06

d'après concours technicien chimiste Lille 1998

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eau oxygénée
  1. Sur le flacon d'une solution commerciale d'eau oxygénée on lit : eau oxygénée à 130 volumes ; H2O2 poids moléculaire =34,01 g ; densité d=1,13 ; pourcentage en masse 33%. Ecrire l'équation chimique permettant de définir la concentration en volumes.
    - Calculer la concentration de cette solution en mol/L de deux manières différentes. Comparer les résultats obtenus et conclure.
  2. L'eau oxygénée en vente en pharmacie est une solution à 6% et de densité 1,02. Calculer son titre en volumes.
corrigé
H2O2 = H2O +½ O2(g)

concentration d'une solution de peroxyde d'hydrogène à 130 volumes :

quantité de matière O2(mol) = volume (L) / volume molaire (L/mol) = 130/22,4 =5,8 mol

d'après les coefficients de l'équation ci-dessus, la quantité de matière (mol) de peroxyde d'hydrogène est égale à deux fois celle de dioxygène : 5,8*2 = 11,6 mol dans 1 L.

autre méthode : masse de peroxyde d'hydrogène pur dans 1 L : 1,13*1000*0,33 = 372,9 g

Qté de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 372,9 / 34,01 = 10,96 mol dans 1 L

écart relatif voisin de 6% : résultats identiques à 6% près.

L'eau oxygénée en vente en pharmacie est une solution à 6% et de densité 1,02 :

n(H2O2) = 1020*0,06 / 34,01 = 1,8 mol dans 1L

d'après les coefficients de l'équation ci-dessus n(O2 ) =½ n(H2O2) = 0,9 mol

volume (L) = Qté de matière (mol) * volume molaire (L/mol) = 0,9*22,4 = 20 volumes.


acide éthanoïque
  1. Soit une solution aqueuse d'acide éthanoïque ( ou acétique) de concentration C0. La constante d'acidité de cet acide est notée Ka. On appelle a le coefficient de dissociation de cet acide , définit par : a = nombre de mole d'acide dissocié / nombre de mole d'acide mis en solution.
    Etablir la loi de dilution ( ou loi d'Oswald) : Ka = C0a²/(1-a)
  2. Calculer a si C0 = 0,1 mol/L.
  3. Quel volume d'eau faut-il ajouter à 1 L de solution aqueuse d'acide éthanoïque de concentration C0 = 0,1 mol/L pour que le coefficient de dissociation soit multiplié par 2 ?
  4. Quel volume d'acide éthanoïque pur faut-il ajouter à 1 L de solution aqueuse d'acide éthanoïque de concentration C0 = 0,1 mol/L pour que le coefficient de dissociation soit divisé par 2 ?
    acide éthanoïque : M= 60,05 g/ mol ; d=1,05 ; pKa = 4,75.
    corrigé
    loi d'Oswald : CH3COOH + H2O = H3O+ + CH3COO- ; Ka =[H3O+][CH3COO-] / [CH3COOH]
La solution est électriquement neutre : [H3O+]= [CH3COO-] = a C0.

conservation de l'élément carbone : [CH3COOH] +[CH3COO-]=C0d'où [CH3COOH] =C0(1-a)

Ka = (a C0)² / (C0(1-a)) = C0a²/(1-a)

Calcul de a si C0 = 0,1 mol/L : pKa = 4,75 soit Ka =1,78 10-5 ; 1,78 10-5(1-a) = 0,1a².

0,1a²+1,78 10-5a -1,78 10-5 = 0 ; la résolution donne a = 1,32 10-2.

volume d'eau faut à ajouter à 1 L de solution aqueuse d'acide éthanoïque pour que a double :

Ka = C0a²/(1-a) = C(2a)²/(1-2a) soit C0(1-2a) = 4C (1-a) ; C= C0(1-2a)/(4(1-a)) = 0,1*0,9736/(4*0,9868) = 2,446 10-2 mol/L

facteur de dilution : f = C0/C = 0,1/ 2,446 10-2 = 4,05

f = volume total / volume solution mère soit volume total = 4,05*1 = 4,05 L ; il faut ajouter 3,05 L d'eau à 1L de la solution mère de concentration C0.

volume d'acide éthanoïque pur à ajouter à 1 L de solution aqueuse d'acide éthanoïque pour que a soit divisé par 2 : ( même méthode)

Ka = C0a²/(1-a) = C'(0,5a)²/(1-0,5a) soit C0(1-0,5a) = 0,25C' (1-a) ; C'= C0(1-0,5a)/(0,25(1-a)) = 0,4*0,9934/0,9868 =0,403 mol/L

soit 0,403 mol d'acide dans 1 L : il a fallu ajouter 0,403-0,1 = 0,303 mol d'acide pur.

soit en masse m 0,303*60,05 = 18,2 g ou encore 18,2 / d= 18,2/1,05 = 17,3 mL.

oxydo-réduction
  1. 14,1 g d'un mélange de poudre de zinc, de cuivre et d'aluminium sont attaqués par l'acide sulfurique en excès. Il reste après réaction un résidu de 3,2 g. Le gaz qui s'est dégagé occupe un volume de 6,8 L dans les conditions normales de température et de pression. Quelle sont les masses de zinc, de cuivre et d'aluminium ?
    M(Cu)=63,55 ; M(Zn)= 65,39 ; M(Al = 26,98 g/mol
    potentiel redox E°(Cu2+/Cu) = 0,34 V ; E°(Zn2+/Cu) = -0,76 V ; E°(Al3+/Cu) = -1,66 V.
  2.  On considère 500 mL d'une solution de chlorure de fer III pour laquelle [Fe3+]= 0,1 mol/L. On y ajoute 0,6 g de poudre de fer..
    - Ecrire l'équation de la réaction qui se produit. Justifier.
    - Calculer les concentrations molaires des ions Fe3+ et Fe2+ dans la solution finale.
    - Quelle masse minimale de poudre de fer aurait-il fallu ajouter pour qu'il n'y ait plus d'ion Fe3+ ?
    Fe : 55,85 g/mol ; Fe3+/Fe2+ E°= 0,77 V ; Fe2+/ Fe : E°= -0,44 V.
corrigé
le cuivre n'est pas attaqué par les ions oxonium : le résidu est du cuivre ( 3,2 g)

On note mZn, la masse de zinc et mAl la masse d'aluminium : mZn + mAl = 14,1-3,2 = 10,9 (1)

Qté de matière (mol) : nZn = mZn/ 65,39 ; nAl = mAl/ 26,98 ; (1) s'écrit : 65,39 nZn + 26,98 nAl =10,9 (1' )

Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2(g) ; n(H2)1 = nZn.

Al+ 3 H+ = Al3+ + 1,5 H2(g) ; n(H2)2 =1,5 nAl

Qté de matière totale H2 : nZn + 1,5 nAl = 6,8 / 22,4 = 0,304 (2)

(2) donne nZn = 0,304- 1,5 nAl ; repport dans (1') : 65,39(0,304- 1,5 nAl ) + 26,98 nAl =10,9

d'où : nAl =0,126 mol soit 0,126*26,98 = 3,41 g et nZn =0,115 mol soit 0,115*65,4 = 7,49 g.

2Fe3+ +2 e-= 2Fe2+ réduction ; Fe = Fe2++ 2e- : oxydation

2Fe3+ +Fe = 3Fe2+


avancement (mol)
2Fe3+
+Fe
= 3Fe2+
initial
0
0,1*0,5 = 0,05
0,6 / 55,85 = 1,074 10-2
0
en cours
x
0,05-2x
1,074 10-2-x
3x
fin
xmax=1,074 10-2
0,05-2xmax = 2,85 10-2
1,074 10-2-xmax
3xmax


0
3,22 10-2
si Fe en défaut 1,074 10-2-xmax =0 soit xmax =1,074 10-2 mol

si Fe3+en défaut 0,05-2xmax = 0 soit xmax =2,5 10-2 mol (retenir la plus petite valeur)

[Fe3+]= 2,85 10-2 / 0,5 = 5,7 10-2 mol/L ; [Fe2+] = 6,44 10-2 mol/L

masse minimale de poudre de fer à ajouter pour qu'il n'y ait plus d'ion Fe3+ : 0,05-2xmax =0 soit xmax = 0,025 mol

n( Fe) = 0,025 mol soit en masse 0,025*55,85 = 1,4 g.

Calculs de pH :
  1. Calculer le pH d'une solution d'acide chlorhydrique HCl aux concentrations suivantes : 3 10-4 mol/L et 10-7 mol/L.
  2. Calculer le pH d'une solution de soude aux concentrations suivantes : 3 10-4 mol/L et 10-7 mol/L.
  3. Calculer le pH d'une solution d'acide fluorrhydrique HF à 0,1 mol/L ( pKa ( HF/F-) = 3,2).
corrigé
pH d'une solution d'acide chlorhydrique HCl : pH= - log C = -log 3 10-4 = 3,5

Quant à la solution à 10-7 mol/L, il s'agit d'eau pure et non une solution acide ou de soude. ( pH=7)

pH d'une solution de soude : pH= 14 + log C = 14 + log 3 10-4 =10,5.

pH d'une solution d'acide fluorrhydrique HF à 0,1 mol/L : pH= ½(pKa-log C) = 0,5(3,2+1) = 2,1.

chimie organique
  1. Qu'est ce qui distingue chimiquement une huile d'une graisse ?
  2. Quelle(s) fonction(s) chimique(s) renferme un corps gras ?
  3. Qu'est ce qu'un acide gras ? Qu'est ce qu'un savon ? Quel est le nom de la réaction de formation du savon à partir d'un corps gras ? Ecrire l'équation correspondante.
  4. Identifier les principales fonctions de la chimie organique présentes dans la formule du produit suivant :

     

corrigé
huile : matières grasses à l'état liquide à température ambiante, non miscibles à l'eau.

graisse : lubrifiant composé d'une ou de plusieurs huiles , corps gras, mélange d'huiles.

Un corps gras renferme une ou plusieurs fonctions ester.

un acide gras est un acide carboxylique possédant une longue chaine carbonée hydrophobe, saturée ou insaturée.

un savon ( ou carboxylate de sodium ou de potassium) est une substance solide utilisée le lavage ou le nettoyage.

réaction de formation du savon à partir d'un corps gras : saponification.

principales fonctions de la chimie organique présentes dans la formule du produit suivant :

Indiquer la ou les bonne(s) réponse(s) au nom des composés suivants : réponse soulignée en rouge

 

  1. ClCH2-CH2Cl. chloroéthane ; 1,2-dichloroéthane ; chlorure de vynile ; chlorure de méthylène
  2. acétone ; ether éthylique ; oxyde d'éthylène ; éthanol.
  3. CH3COOH acide éthanoïque ; propanone ; acide acétique ; acétaldehyde.
  4. toluène ; vinylbenzène ; styrène ; phényléthane.
  5. aminocétone ; éthanamide ; éthylamine ; acétamide.

NH3 + hydrocarbure :

La réaction de l'ammoniac en excès sur un hydrocarbure saturé acyclique bromé A conduit à la formation d'une amine B, suivant une réaction de substitution électrophile. Dans B, le pourcentage massique en azote est égal à 1,27 fois le pourcentage massique en hydrogène.

  1. Déterminer la formule brute de B.
    - Donner le nom et la formule semi-développée de B sachant que la chaine hydrocarbonée est linéaire.
  2. Donner la formule semi-développée et le nom des diverses amines isomères, de classe différente.
  3. Fournir la formule brute, le nom et la formule semi-développée de A.
    H : 1 ; C : 12 ; N : 14 g/mol
corrigé
formule brute de B : CnH2n+3 N ; masse molaire de B : M= 12n+2n+3+14 = 14 n+17 g/mol

on note :%H = x d'où : %N = 1,27 x et %C = 100-2,27x.

puis 12 n / (100-2,27x) =(2n+3)/x = 14/(1,27x) = (14n+17)/100

14/(1,27x) =11/x ; (2n+3)/x = 11/x soit 2n+3=11 ; n= 4 ; C4H11N.

nom et la formule semi-développée de B sachant que la chaine hydrocarbonée est linéaire : CH3-CH2-CH2-CH2-NH2 butylamine ( amine primaire)

formule semi-développée et le nom des diverses amines isomères, de classe différente :

CH3-CH2-CHNH2-CH3 1-méthylpropylamine ( amine primaire)

CH3-CH2-CH2-NH-CH3 ( amine secondaire) N-méthylpropylamine

CH3-CH2-N(CH3)2 ( amine tertiaire) N,N- diméthyléthylamine.

formule brute, le nom et la formule semi-développée de A : C4H9Br.

CH3-CH2-CH2-CH2-Br : 1-bromobutane.

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