Chimie 2007 Concours FESIC

Barbasso Edith

Description

Concours du Supérieur Concours FESIC. Sujet de Chimie 2007. Retrouvez le corrigé Chimie 2007 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Chimie
• 2007

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 25 juillet 2008
• Nombre de lectures: 92
• Langue: Français

Extrait

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

SELECTION FESIC

ADMISSION en 1ère ANNEE du 1er CYCLE 2007

EPREUVE DE CHIMIE

Samedi 12 mai 2007 de 10h.45 à 12h.15 INSTRUCTIONS AUX CANDIDATS L'usage de la calculatrice estinterditainsi que tout document ou formulaire. L'épreuve comporte 16 exercices indépendants. Vous ne devez en traiter que 12 maximum. Si vous en traitez davantage,seuls les 12 premiersseront corrigés. Un exercice comporte 4 affirmations repérées par les lettres a, b, c, d. Vous devez indiquer pour chacune d'elles si elle est vraie (V) ou fausse (F). Un exercice est considéré comme traité dès qu'une réponse à une des 4 affirmations est donnée (l'abstention et l'annulation ne sont pas considérées comme réponse). Toute réponse exacte rapporte un point. Toute réponse inexacte entraîne le retrait d'un point. L'annulation d'une réponse ou l'abstention n'est pas prise en compte, c'estàdire ne rapporte ni ne retire aucun point. Une bonification d'un point est ajoutée chaque fois qu'un exercice est traité correctement en entier (c'estàdire lorsque les réponses aux 4 affirmations sont exactes). L'attention des candidats est attirée sur le fait que, dans le type d'exercices proposés, une lecture attentive des énoncés est absolument nécessaire, le vocabulaire employé et les questions posées étant très précis. INSTRUCTIONS POUR REMPLIR LA FEUILLE DE REPONSES Les épreuves de la Sélection FESIC sont des questionnaires à correction automatisée. Votre feuille sera corrigée automatiquement par une machine à lecture optique. Vous devez suivre scrupuleusement les instructions suivantes : Pour remplir la feuille de réponses, vous devez utiliser un stylo bille ou une pointe feutre de couleur noire ou bleue. Ne jamais raturer, ni gommer,ni utiliser un effaceur. Ne pas plier ou froisser la feuille.

1.Collez l’étiquette codebarres qui vous sera fournie (le code doit être dans l’axe vertical indiqué). Cette étiquette, outre le codebarres, porte vos nom, prénom, numéro de table et matière. Vérifiez bien ces informations. Exemple:

2.Noircissez les cases correspondant à vos réponses :

FaireNe pas faire Pour modifier une réponse, il ne faut ni raturer, ni gommer, ni utiliser un effaceur. Annuler la réponse par un double marquage (cocher F et V) puis reporter la nouvelle réponse éventuelle dans la zone tramée (zone de droite). La réponse figurant dans la zone tramée n'est prise en compte que si la première réponse est annulée. Les réponses possibles sont : VF V F vrai faux abstention abstention vrai faux abstention Attention :vous ne disposez que d'une seule feuille de réponses. En cas d'erreur, vous devez annuler votre réponse comme indiqué cidessus. Toutefois, en cas de force majeure, une seconde feuille pourra vous être fournie par le surveillant.

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 −1 Masses atomiques molaires eng. mol. H C O Cl Cr 1,0 12,0 16,0 35,5 52,0  Exercice n°1  Par spectrophotométrie, on suit la cinétique de la réaction des ions iodure I (aq) les ions avec 2  peroxodisulfate S 2 O 8 (aq) qui conduit à la formation de diiode (jaune en solution) et d’ions sulfate. Cette réaction est lente et totale. 2   2  La transformation est modélisée par l’équation chimique : S 2 O 8 (aq) + 2 I (aq) = I 2(aq) + 2 SO 4 (aq) Les concentrations et volumes des réactifs introduits sont les suivants : 2  1  S 2 O 8 : C 1 = 0,50 mol.L ; V 1 = 10,0 mL  1  I : C 2 ; V= 0,020 mol.L 2 = 10,0 mL On a mesuré l’absorbance au cours du temps et obtenu la courbe cidessous. On rappelle la loi de Beer Lambert aux faibles concentrations : A = k.[I 2 ] où k est un coefficient de proportionnalité.

a)Le temps de demi-réaction t 1/2 vaut environ 30 min. b)L’ion peroxodisulfate est le réactif limitant. -1 c)La réaction étudiée étant totale, la concentration finale doit être [I 2 ] max = 10 mmol.L . 2 -1 d)La valeur du coefficient k pour la longueur d’onde choisie est égale à 5,0.10 L.mol .

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page1

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°2 En solution dans le tétrachlorométhane, le pentaoxyde de diazote N 2 O 5 se décompose en dioxyde d’azote NO 2 et en dioxygène. La courbe donnant la concentration C du pentaoxyde de diazote au cours du temps est donnée cidessous. L’étude a été réalisée à partir de 1 litre de solution. 1 Donnée:Volume molaire gazeux dans les conditions de l’expérience : V m .= 25 L.mol

a)Le pentaoxyde de diazote N 2 O 5 est l’oxydant du couple N 2 O 5 /NO 2 . b)Le temps de demi-réaction t 1/2 vaut environ 20 min. c)La concentration en pentaoxyde de diazote décroît exponentiellement. d)A t ∞ , le volume de dioxygène dégagé est égal à 6,25 L.

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page2

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°3 Le chlorure de tertiobutyle (CH 3 ) 3 CCl réagit avec l’eau. La transformation est modélisée par l’équation chimique: +  (CH 3 ) 3 CCl (aq) + 2H 2 O (l) = H 3 O + Cl (aq) + (CH 3 ) 3 COH (aq) Dans deux béchers différents, on prépare 360 mL d’eau, l’un est placé dans un bain thermostaté à 40°C et l’autre à 30°C. Quand l’équilibre thermique est atteint, on ajoute 9,25 mL de chlorure de tertiobutyle et on plonge une cellule conductimétrique dans chacun des béchers. On déclenche pendant 20 minutes l’enregistrement de la valeur de la conductivitéσde la solution en fonction du temps. Les courbesσ= f(t) sont cidessous : 1 σ 40°C  mS.m 1 σ 30°C  mS.m

σ 30°C  = f(t) est en pointillés Données: 1  Densité Masse molaire (g.mol ) Chlorure de tertiobutyle 0,85 92,5 Eau 1 18 a)Les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques. Soit n la quantité de matière initiale de chlorure de tertiobutyle,σ t la conductivité de la solution à l’instant t etσ ∞ la conductivité de la solution quand t tend vers l’infini, la réaction totale étant alors terminée. n.σ t b)L’avancement de la réaction peut s’écrire : x= . σ ∞ - - c)Au bout de 5 minutes [Cl (aq ) ] 30°C = 60% [Cl (aq ) ] 40°C . Soitx f,30°C l’avancement final à 30°C etx f,40°C l’avancement final à 40°C. d)x f,40°C est supérieur à x f,30°C .

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page3

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°4  On étudie la cinétique d’une réaction en milieu acide, entre les ions iodure I (aq) provenant d’une solution 1 d’iodure de potassium de concentration molaire C 1 = 0,10 mol.L et le peroxyde d’hydrogène H 2 O 2(aq) de 1 concentration molaire C 2 = 0,10 mol.L . La transformation est modélisée par l’équation chimique : + – H 2 O 2 (aq) + 2 H 3 IO +2 (aq)  = 4 H 2 O (l) + I 2(aq) On réalise trois mélanges A, B, C, contenant les mêmes réactifs dans des proportions différentes. Les valeurs expérimentales sont reportées dans le tableau ci dessous. Solution d’iodure Peroxyde Volume total Acide sulfurique Mélange 1 de potassium la solutiond’hydrogène de C 0 = 1,0 mol .L 1 1 C 1 = 0,10 mol.L C 2 = 0,10 mol.L après dilution A 10 mL 15 mL 2,0 mL 30 mL B 10 mL 10 mL 2,0 mL 30 mL C 10 mL 10 mL 1,0 mL 30 mL Pour chaque mélange, on suit la concentration du diiode formé par spectrophotométrie. Le document cidessous donne les concentrations en diiode [I 2(aq) ] formé en millimoles par litre en fonction du temps :

- a)Dans les trois mélanges le réactif en excès est l’ion iodure I . b)La courbe 3 correspond au mélange C. V 1 et V 3 sont respectivement les vitesses de réaction relatives aux courbes 1 et 3. c) 5 min, la valeur de VA t= 3 est supérieure à la valeur de V 1 . d)La courbe 2 atteindra la même limite que la courbe 1.

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page4

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°5 Le méthanoate d’éthyle est un ester à odeur de rhum. On le prépare à partir d’un mélange équimolaire d’acide carboxylique et d’alcool. On a tracé l’évolution de la quantité d’ester et d’acide en fonction du temps.

a)L’alcool utilisé est le méthanol. b)La constante d’équilibre de la réaction entre l’acide et l’alcool est égale à 4. c)Le taux d’avancement final de la réaction est égal à 67%. d)En mesurant la température d’ébullition de l’ester, on peut contrôler sa pureté. Exercice n°6 On prépare 1,00 L de solution aqueuse (S) d’acide monochloroacétique, de formule chimique ClCH 2 COOH. LepKa du couple acidebase associé est égal à 2,8 et lepH de la solution obtenue est 1,9. Lors du dosage d’un prélèvement de 20,0 mL de cette solution par de l’hydroxyde de sodium de 1 concentration molaire apportée 0,50 mol.L , le volume équivalent mesuré est de 8,0 mL. Donnée :pKe = 14. -11,2 a).La constante de la réaction de dosage est égale à 10 b) À l’équivalence, le pH est basique. -1 c)La concentration de la solution (S) est égale à 20 mmol.L . d)La solution (S) a pu être préparée en diluant 18,9 g d’acide monochloroacétique dans de l’eau distillée.

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page5

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°7 Dans un bécher, on dissout, dans de l’eau pure : –3 •n 1 mol d’acide éthanoïque CH= 2,0.10 3 –CO 2 H, –3  + O •n 2 = 1,0.10 mol d’éthanoate de sodium (CH 3 –C 2 ),+ Na –3 •n 3 mol d’acide méthanoïque HCO= 1,0.10 2 H, –3  + O + Na ). •n 4 = 1,0.10 mol de méthanoate de sodium (HC 2  –4 Données:  CH 3 –CO 2 H /CH 3 –CO 2  Ka 1 ;= 1,8.10  –5  HCO 2 H /HCO 2  Ka 2 = 1,8.10 . a)La réaction qui se produit est une réaction d’oxydo-réduction. b)Cette transformation est modélisée par l’équation chimique: - - CH 3 –CO 2 H (aq) + HCO 2 (aq)  = CH 3 –CO 2 (aq)  + HCO 2 H (aq) . c)La constante d’équilibre de cette réaction vaut K = 10. d)La réaction se produit dans le sens de la formation de l’acide éthanoïque. Exercice n°8 –3 Dans un volume V = 100,0 mL, on a mis en solution une quantité égalen 0 des espèces = 1,0.10 mol +  chimiques suivantes : acide nitreux HNO 2(aq) , nitrite de sodium (Na (aq) +NO 2 (aq) ), acide fluorhydrique +  HF (aq) et fluorure de sodium (Na (aq) +F (aq) ). La transformation qui se produit est modélisée par l’équation chimique :   HNO 2(aq) + F (aq) = HF (aq) + NO 2 (aq) . Sa constante d’équilibre vaut K = 0,74.  ⎡ HF ⎤ ⎡ NO ⎤ (aq) 2(aq) ⎣ ⎦ éq ⎣ ⎦ éq a) L’expression littérale de cette constante d’équilibre est K = .  ⎡ F ⎤ ⎡ HNO ⎤ (aq) 2(aq) ⎣ ⎦ éq ⎣ ⎦ éq b)Le quotient initial de réaction vaut Q r, i = 1,0. c) La réaction évolue dans le sens de la formation de l’acide fluorhydrique HF (aq) . 2 x f d)L’expression de la constante d’équilibre en fonction de l’avancement final x f est : K = . 2 ( n - x ) 0 f Exercice n°9 On met en solution de l’iodure mercurique de formule HgI 2 (s) jusqu’à obtenir une solution saturée de concentration molaire apportée (ou solubilité) notée s. 30 La constante d’équilibre associée à la réaction de dissolution vaut K(T) = 32.10 dans les conditions de 29 l’expérience alors que sa valeur vaut K(20°C) = 5.10 à 20°C . On rappelle que l’iode est un élément de la famille des halogènes dont fait partie le fluor de numéro atomique Z = 9. a) Sachant que la valeur de la constante d’équilibre K augmente avec la température, la température T est supérieure à 20°C. b) Dans les conditions expérimentales, l’iodure mercurique est plus soluble qu’à 20°C. 2 c)Le quotient de la réaction à l’équilibre est égal à s . -15 -1 d) La solubilité vaut 4.10 mol.L .

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page6

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°10 On mesure la conductivité d’une solution aqueuse saturée obtenue par dissolution de carbonate de 1 magnésium MgCO 3(s) . La valeur mesurée est égale à 78,3 mS.m . −3 −3 Données:λ 2+ = 10, 6.10S.Ι.;λ 2− = 13,86.10S.Ι. ; ΜgCO 3 2  3,2 ≈3,2 × 24,4610 ; ≈78,3 3 -1 a)La conductivité molaire ionique s’exprime en S.m .mol . b)Dans une solution non saturée, la valeur du quotient Q r de la réaction de dissolution est inférieure à la valeur de la constante d’équilibre K de la réaction. -1 c)La solubilité du carbonate de magnésium est égale à s = 3,2 mmol.L . -5 d).La constante de la réaction de dissolution du carbonate de magnésium dans l’eau vaut K = 10 Exercice n°11 On considère la pile représentée cicontre. Le volume de la solution dans chaque demipile vaut V = 100 mL. La pile fonctionne pendant une heure. Données : 87/54 ≈ 1,6  965 / 36 ≈ 27 4 1  1F = 9,65×10 C.mol a)L’ampèremètre indique une valeur négative car il est branché en dérivation aux bornes de la pile. b)La plaque d’étain constitue le pôle négatif de cette pile. + - c)Les ions NH 4 (aq) et NO 3 (aq) contenus dans le pont salin assurent le passage du courant entre les deux demi-piles. 2+ -1 d)La concentration des ions Fe (aq) varie de + 16 mmol.L Exercice n°12 On chrome une pièce d’acier nickelée pour éviter son ternissement et améliorer la protection contre l’oxydation. La masse du dépôt de chrome doit être de 1,3 g. Le dépôt est effectué par électrolyse d’une 3+ solution contenant des ions chrome III (Cr (aq) ) dans laquelle on fait passer un courant continu d’intensité constante I = 1 A. L’autre électrode est en chrome métal. 3 1 96,5 2 Données: 1F= 96,5.10 C.mol ;≈l’ion sulfate s’écrit SO1,6 ; 4 . 60 a)La formule chimique du sulfate de chrome III solide s’écrit Cr 2 (SO 4 ) 3 (s). b)Le dépôt de chrome s’effectue à l’anode. c)Lorsque le dépôt est effectué, la quantité de matière déposée sur la pièce est de 0,025 mol. d)Si le rendement était de 100%, la durée de l’électrolyse serait de 120 min.

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page7

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°13 On réalise l’électrolyse d’une solution aqueuse d’acide sulfurique dans un électrolyseur. En portant des gants, on retourne sur chaque électrode un tube à essais rempli de la solution. On ferme l’interrupteur, on observe du gaz qui s’échappe à chaque électrode. On poursuit l’expérience pendant 27 s sous une intensité égale à 360 mA. L’équation globale de cette transformation est la décomposition de l’eau. 1 Données: Volume molaire gazeux dans les conditions de l’expérience : V m = 22 L.mol  Les couples oxydant/réducteur intervenant dans cette électrolyse sont : +  H (aq) /H 2(g) et O 2(g) / H 2 O (l)  1  965 / 36≈1 F= 96500 C.mol27 ; a)Il s’échappe deux fois plus de dioxygène que de dihydrogène. b)Le gaz produit à la cathode ravive la flamme d’une bûchette n’ayant qu’un point rouge incandescent. c) Il s’est formé 1,1 mL de gaz dans le tube relié à la borne négative. d)La transformation étudiée est spontanée. Exercice n°14 L’essence de lavande est un mélange liquide complexe de nombreuses espèces chimiques, dont les principales sont le linalol et l’acétate de linalyle. La formule semidéveloppée du linalol est la suivante : CH 3 CH 3 C CH C CH CH CH H C 2 2 2 CH 3 OH Par action de l’acide acétique sur le linalol, on peut synthétiser l’acétate de linalyle. Si les réactifs sont mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction mise en jeu, le taux d’avancement final de la réaction est de 5 %. -1 a) .La masse molaire de l’acétate de linalyle a une valeur de 214 g.mol b)Le linalol présente une isomérie Z-E. c)Le linalol est un alcool tertiaire. -5 d)La constante d’équilibre de la réaction d’estérification vaut environ 2.10 .

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page8

Epreuve de Chimie. Sélection FESIC 2007 Exercice n°15 On réalise l’hydrolyse basique du méthanoate de pentyle par une solution d’hydroxyde de potassium en excès. Pour cela, on fait réagir 0,500 mol d’ester avec une solution d’hydroxyde de potassium de 1 concentration molaire apportée 5,00 mol.L . La masse d’alcool isolé en fin de réaction est égale à 38,5 g. Donnée: 44 × 0,875 = 38,5. a)Le méthanoate de pentyle a pour formule topologique : O

O b)L’hydrolyse basique est une réaction totale. c)Pour hydrolyser tout l’ester, le volume minimum de solution d’hydroxyde de potassium à utiliser est égal à 100 mL. d)Le rendement de la réaction est égal à 87,5 %. Exercice n°16 Dans un centre d’animation, on raconte à des élèves, qu’il y a quelques décennies, les femmes lavaient le linge au lavoir en utilisant un mélange de suif (graisse animale) et de cendres. Les cendres de bois contenant de l’hydroxyde de potassium solide KOH (s) étaient recueillies dans un pot et mélangées à de l’eau. La formule semidéveloppée du suif est : Données :pKa (acide stéarique / ion stéarate) = 5,0 +  pKa (H 3 O / H 2 O)= 0 a)Un élève annonce que pour synthétiser le suif au laboratoire, il faut, en plus du glycérol, de l’acide stéarique C 18 H 36 O 2 . b)Il ajoute que, en mélangeant des cendres et du suif, le savon obtenu est inefficace en milieu acide. Pour reproduire le travail des ancêtres, le centre d’animation, effectue devant le public d’élèves, une lessive. Il utilise 25,0 L d’eau de dureté 20 degrés hydrotimétriques français et un mélange de suif et de cendres. Données: Une eau est dure lorsqu’elle contient des ions calcium en grande quantité. 2+ Un degré hydrotimétrique français correspond à la présence de 0,100 mol d’ions Ca (aq) 3 dans 1 m d’eau . 1  M savon = 322 g.mol . c)prétend que la connaissance de la dureté de l’eau n’est pas utile pour l’expérience.Un élève d)autre élève ajoute qu’il faut plus de 32,2 g de savon pour effectuer la lessive prévue.Un

CPE Lyon – EI Purpan – ESA – ESCOM – ESEO – ISA – ISARALyon – ISEN Brest – ISEN Lille – ISEN Toulon – ISEP – LASALLE Beauvais – LOUIS DE BROGLIE

page9