Chimie 2002 S.T.L (Chimie de Laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Chimie 2002. Retrouvez le corrigé Chimie 2002 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Chimie
• 2002

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 05 juin 2007
• Nombre de lectures: 80
• Langue: Français

Extrait

1/5

CHIMIE STRUCTURALE ET ÉLECTROCHIMIE

Données

(à 25 °C)

Potentiels redox standard : E°(Cu

2

+

/Cu(s)) = 0,34 V

E°(Zn

2

+

/Zn(s)) =

-

0,76 V

1.

Étude du noyau

Le numéro atomique du zinc est Z = 30. L'élément zinc possède cinq isotopes naturels :

64

Zn,

66

Zn,

67

Zn,

68

Zn et

70

Zn.

1.1.

Définir le mot « isotope ».

1.2.

Déterminer les nombres de protons et de neutrons présents dans les noyaux de

64

Zn et

66

Zn.

2.

Structure électronique.

2.1.

Indiquer la configuration électronique de l'atome de zinc dans son état fondamental.

2.2.

Même question pour l'ion Zn

2

+

.

3.

Fonctionnement d'une pile zinc/cuivre.

Une pile zinc/cuivre est constituée par les éléments suivants :

- compartiment (1) : lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc(II), de volume

V

1

= 100 mL, de concentration 0,10 mol.L

-

1

.

- compartiment (2) : lame de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre(II), de volume

V

2

= 100 mL, de concentration 0,25 mol.L

-

1

.

- pont salin.

L'étude de la pile s'effectue à 25 °C.

3.1.

Pour chaque électrode, donner l’expression du potentiel rédox et calculer sa valeur ; en déduire la

polarité de la pile.

3.2.

Faire un schéma annoté de la pile ainsi constituée en précisant le sens de déplacement des porteurs de

charge et leur nature lorsque la pile débite.

3.3.

Écrire alors les réactions qui ont lieu à chaque électrode et en déduire le nom de chacune des deux

électrodes.

3.4.

Donner l'équation de la réaction de fonctionnement de la pile.

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE -- SESSION 2002

SÉRIE SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

SPÉCIALITÉ : CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS

Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

x

lg(

0,06

ln(x)

F

RT

=

), en V

2/5

LES IONS ZINC (II) EN SOLUTION AQUEUSE

Les questions 1. et 2. sont indépendantes.

Données

(à 25 °C)

•

Produit de solubilité :

Zn

3

(PO

4

)

2

K

S

= 1,0

×

10

-

32

•

Constante de dissociation de complexe :

[Zn(NH

3

)

4

]

2

+

K

D

= 8,7

×

10

-10

•

Conductivités molaires ioniques (

λ

°) à dilution infinie, en mS.m

2

.mol

-

1

λ

°(

2

1

Zn

2

+

) = 5,3 ou

λ

°(Zn

2+

) = 10,6

λ

°(Cl

-

) = 7,6

1.

Étude de la conductivité d'une solution contenant des ions zinc (II).

On considère une solution aqueuse de dichlorure de zinc (II) (ZnCl

2

), de concentration 1,2

×

10

-3

mol.L

-1

.

1.1.1.

Donner la relation permettant de calculer la conductivité

g

de cette solution en fonction des

concentrations molaires volumiques des espèces en solution et des conductivités molaires ioniques

à dilution infinie.

1.1.2.

Préciser les unités des grandeurs utilisées dans la relation.

1.2.

Calculer la conductivité de la solution de dichlorure de zinc (II).

2.

Solubilité et complexation des ions zinc(II).

2.1.

Le diphosphate de trizinc (II), Zn

3

(PO

4

)

2

, est un composé peu soluble.

2.1.1.

Écrire l'équation de la réaction traduisant la mise en solution de ce composé.

2.1.2.

Exprimer sa solubilité

s

en fonction du produit de solubilité Ks deZn

3

(PO

4

)

2

.

2.1.3.

Calculer

s

en mol.L

-

1

.

2.2.

On veut dissoudre du diphosphate de trizinc (II) au moyen d'une solution d'ammoniac, par formation

du complexe [Zn(NH

3

)

4

]

2

+

.

2.2.1.

Indiquer le nom officiel de ce complexe.

2.2.2.

Écrire l'équation de la réaction de l'ammoniac avec le diphosphate de trizinc (II).

2.2.3.

Donner l'expression de la constante K de cette réaction.

2.2.4.

Exprimer la constante de dissociation du

complexe [Zn(NH

3

)

4

]

2

+

.

2.2.5.

Donner la relation liant K, K

S

et K

D

.

2.2.6.

Calculer la valeur numérique de K. Indiquer alors si la dissolution du diphosphate de trizinc

(II) demande ou non un grand excès d’ammoniac (aucun calcul n’est demandé).

3/5

SYNTHÈSE DE POLYMÈRES

Données

Élément

C

H

O

Masse molaire (g.mol

-1

)

12,0

1,0

16,0

Numéro atomique

6

1

8

1.

On envisage la synthèse du buta-1,3-diène (composé

D

), à partir d’un composé

A

.

1.1.

Détermination de la formule de

A

.

A

donne un précipité jaune-orangé avec la 2,4-dinitrophénylhydrazine et un précipité rouge brique avec la

liqueur de Fehling.

1.1.1.

Indiquer la fonction chimique présente dans

A

.

1.1.2.

Sachant que la masse molaire de

A

est M(

A

) = 44 g.mol

-1

, en déduire la formule semi-

développée de

A

et son nom en nomenclature officielle.

1.2.

Synthèse du buta-1,3-diène

D

à partir de

A

grâce à la suite de réactions ci-dessous :

1.2.1.

Identifier, dans le spectre infrarouge du composé

B

pur, les deux bandes marquées d’une

croix.

1.2.2.

Donner le nom de la réaction conduisant de

A

à

B

.

1.2.3.

Sachant que

B

réduit la liqueur de Fehling, donner sa formule semi-développée et son nom

en nomenclature officielle.

1.2.4.

Donner la formule semi développée de

D

.

1.2.5.

Le composé

C

peut se trouver sous deux formes optiquement actives.

-

Indiquer pourquoi

C

présente cette particularité stéréochimique.

-

Représenter le stéréoisomère

R

en représentation de Cram ; justifier.

2. Polymérisation.

2.1.

Sous une pression de 100 bar, à 200 °C, l’éthylène (éthène) donne un polymère

E

. Donner la formule

du motif élémentaire de

E

, son nom et une application industrielle de ce composé.

cm

-1

2

A

B

O

H

-

B

1

.

L

i

A

l

H

4

2

.

H

3

O

+

C

C

D

H

3

P

O

4

∆

+

2

H

2

O

(

b

u

t

a

n

e

-

1

,

3

-

d

i

o

l

)

4/5

2.2.

Dans

les

mêmes

conditions,

D

donne

un

polymère

F,

élastomère

dont

le

motif

élémentaire

est

–(CH

2

-CH=CH-CH

2

)-.

F

est un élastomère.

2.2.1.

Définir le mot « élastomère ».

2.2.2.

Sachant que le motif élémentaire est de configuration

E

, représenter l’enchaînement de trois

de ces motifs.

SYNTHÈSE D’UN COLORANT : LE JAUNE D’ALIZARINE

O

2

N

N

N

COOH

OH

NO

2

NH

2

COOH

OH

Jaune d’Alizarine

P

Q

1.

Synthèse de P.

1.1.

Donner le nom de

P

en nomenclature officielle.

1.2.

On réalise la synthèse de

P

à partir du benzène par la suite de réactions ci-dessous :

-

(1) Nitration du benzène.

-

(2) Réduction par le dihydrogène.

-

(3) Acylation par l’anhydride acétique (ou éthanoïque).

-

(4) Nitration.

-

(5) Hydrolyse afin d’obtenir

P

1.2.1.

Donner, pour chaque étape de cette suite de réactions, les équations ainsi que les conditions

opératoires.

1.2.2.

Indiquer le rôle des réactions (3) et (5) lors de cette synthèse.

2. Synthèse de Q.

2.1.

Donner le nom de

Q

en nomenclature officielle.

2.2.

Indiquer comment est réalisée industriellement la synthèse de

Q

à partir du phénol.

3. Synthèse du colorant.

Elle se fait en deux étapes :

- réaction du composé

P

avec l’acide nitreux donnant le composé

R

;

- réaction du composé

R

avec le composé

Q

qui donne le Jaune d’Alizarine.

3.1.

Donner les noms de chacune de ces réactions.

3.2.

Écrire l’équation de la réaction conduisant de

P

à

R

; préciser les conditions opératoires.

3.3.

Écrire l’équation de la réaction conduisant de

R

au jaune d’Alizarine.

5/5

SPECTROSCOPIE INFRAROUGE.

Table des nombres d’onde des vibrations de valence et de déformation.

Liaison

Nature

Nombre d’onde

cm

-1

Intensité

O-H alcool libre

Valence

3590-3650

F ; fine

O-H alcool lié

Valence

3200-3600

F ; large

N-H amine primaire :

2 bandes

secondaire: 1 bande

Valence

3300-3500

m

C

di

-H

Valence

≈

3300

m ou f

C

tri

-H

Valence

3030-3100

m

C

tri

-H aromatique

Valence

3000-3100

m

C

tet

-H

Valence

2850-2970

F

C

tri

-H aldéhyde

Valence

2700-2900

m (2 bandes)

O-H acide carboxylique

Valence

2500-3200

F à m ; large

C

≡

C alcyne

Valence

2100-2260

f

C=O aldéhyde et cétone

Valence

1650-1730

abaissement de 20à 30 cm

-1

si

conjugaison

F

C=O acide

Valence

1725-1700

F

C=C alcène

Valence

1620-1690

m

C=C aromatique

Valence

1450-1600

Variable ; 3 ou 4

bandes

N-H amine

Déformation

1560-1640

F ou m

C

tet

-H

Déformation

1430-1480

F

C

tet

-H (CH

3

)

Déformation

1370-1390

F ; 2 bandes

C

tet

-O alcool

Valence

1010-1200

F

C

tet

-N amine

Valence

1020-1250

m

C

tet

-F

Valence

1000-1400

F

C

tri

-H de -HC=CH- (

E

)

(

Z

)

Déformation

Déformation

960-970

670-730

F

m

C

tri

-H aromatique monosubstitué

Déformation

730-770 et 680-720

F ; 2 bandes

C

tri

-H aromatique

o-disubstitué

m-disubstitué

p-disubstitué

Déformation

Déformation

Déformation

735-770

750-800 et 680-720

800-860

F

F et m ; 2 bandes

F

C

tet

-Cl

Valence

600-800

F

C

tet

-Br

Valence

500-750

F

C

tet

-I

Valence

≈

500

F

F:fort ; m:moyen : ; f: faible

C

tet

tétraèdrique :

C

C

tri

trigonal :

C

C

di

digonal :

C