FESIC chimie 2002

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Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Données 1Masses atomiques molaires en g.mol . H C O F Na 1 12 16 19 23 ------------------ Exercice n°1 On étudie la cinétique de la réaction d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de potassium K S O sur une solution aqueuse d'iodure de potassium KI. 228A la date t0 , on mélange 500 mL de solution de peroxodisulfate de potassium de 1concentration molaire C 0,015 mol.L avec 500 mL de solution d'iodure de potassium de 1concentraire C . 2A différentes dates, on effectue rapidement des prélèvements, que l'on refroidit dans de la glace fondante. On dose ensuite le diiode formé. 22 Données : ESO/SO 2,01V ; EI/I 0,62V ; 21/ 25 0,84 . 28 4 2 -11I mmol.L [I ] (m mol.L )2654321t (min)00102030405060 a) Pour que les réactifs soient en proportions stœchiométriques C doit être égale à 210,015 mol.L . b) L'opération de refroidissement effectuée juste après les prélèvements s'appelle une trempe. c) La vitesse volumique de formation du diiode à la date t=25min est égale à 4118,4.10 mol.L .min . Les réactifs sont introduits en proportions stœchiométriques. 1d) Lorsque la réaction est terminée, la concentration du diiode n'est pas égale à 6 mmol.L . Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 1/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°2 On étudie la cinétique de la réaction entre ...
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Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Données 1Masses atomiques molaires en g.mol . H C O F Na 1 12 16 19 23 ------------------ Exercice n°1 On étudie la cinétique de la réaction d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de potassium K S O sur une solution aqueuse d'iodure de potassium KI. 228 A la date t0 , on mélange 500 mL de solution de peroxodisulfate de potassium de 1concentration molaire C  0,015 mol.L avec 500 mL de solution d'iodure de potassium de 1 concentraire C . 2 A différentes dates, on effectue rapidement des prélèvements, que l'on refroidit dans de la glace fondante. On dose ensuite le diiode formé. 22 Données : ESO/SO 2,01V ; EI/I 0,62V ; 21/ 25 0,84 .    28 4 2 -1 1I mmol.L [I ] (m mol.L ) 2 6 5 4 3 2 1 t (min) 0 0102030405060 a) Pour que les réactifs soient en proportions stœchiométriques C doit être égale à 2 10,015 mol.L . b) L'opération de refroidissement effectuée juste après les prélèvements s'appelle une trempe. c) La vitesse volumique de formation du diiode à la date t=25min est égale à 4118,4.10 mol.L .min . Les réactifs sont introduits en proportions stœchiométriques. 1d) Lorsque la réaction est terminée, la concentration du diiode n'est pas égale à 6 mmol.L . Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 1/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°2 On étudie la cinétique de la réaction entre l'ion permanganate MnO et l'acide oxalique 4 HCO. 224 On observe au cours de cette réaction un dégagement de dioxyde de carbone. 2+ -1 21[MMnn ] (mmol.Lol.L )     -2 10 0 100 200 300 t(s) a) Cette réaction ne peut avoir lieu qu'en milieu basique. b) Il s'agit d'une autocatalyse. 2+c) La vitesse de formation de Mn est maximale à l'instant initial t=0s .   2+d) La vitesse volumique maximale de formation de l'ion Mn est inférieure à 41110 mol.L .s . Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 2/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°3 Le peroxyde d'hydrogène appelé couramment eau oxygénée est un antiseptique. Au cours du temps, la teneur en H O d'un flacon d'eau oxygénée diminue car les molécules se 22 transforment lentement en eau avec dégagement de dioxygène selon l'équation bilan : HOHO ½O 22 2 2 a) Cette réaction est une réaction d'oxydo-réduction appelée dismutation. Lors de sa fabrication une bouteille d'eau oxygénée contient 0,56 mol de HO. 22 Lors de son utilisation un an plus tard, elle n'en contient plus que 0,53 mol. 31b) La vitesse moyenne de disparition des molécules d' H O est égale à 5.10 mol.mois . 22 Dans les conditions de l'expérience, on considère que le volume molaire est égal à 124 L.mol . c) Un mois après la fabrication, le volume de dioxygène dégagé est de 30 mL. Pour la désinfection des lentilles cornéennes, on place dans un récipient, un disque platiné et de l'eau oxygénée. On observe instantanément la formation de petites bulles. d) Le platine joue le rôle de catalyseur. Exercice n°4 On dispose d'hydroxyde de sodium en pastilles. Chaque pastille a une masse de 0,10 g. On souhaite préparer un litre d'une solution d'hydroxyde de sodium S de concentration 0 1C = 0,10mol.L . 0 Donnée : pK14 à 25°C. e a) Il faut 40 pastilles pour préparer S . 0 b) Il faut 12 mL de la solution S pour préparer un litre de solution S d'hydroxyde de 0 1 sodium de pH=12. c) Le pH d'une solution basique augmente quand la concentration des ions hydroxyde augmente.  1 Soient les solutions : S telle que HO  0,10 mol.L , 0  S de pH = 12, 1  111S telle que H O 1,0.10 mol.L . 2 3  d) S , S , S sont classées dans cet ordre par basicité décroissante. 0 1 2 Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 3/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°5 On dispose de trois solutions d'acide chlorhydrique, notées S, S et S , et de trois 1 2 3 indicateurs colorés : le bleu de bromocrésol, l'hélianthine et le rouge de métacrésol. Les couleurs et les teintes prises par les indicateurs colorés sont rassemblées dans le tableau I. Indicateur coloré Teinte acide Teinte basique Zone de virage (pH) Bleu de bromocrésol Jaune Bleu 3, 8 5, 4 Hélianthine Rouge Jaune 3,1 4, 4 Rouge de métacrésol Roug1, 2 2, 8 Tableau I On prépare trois tubes à essais contenant S , et dans chaque tube, on ajoute une goutte d'un 1 des indicateurs colorés. On procède de même pour les solutions S e t S. 2 3 Les observations sont regroupées dans le tableau II. Bleu de bromocrésol Hélianthine Rouge de métacrésol Jaune Rouge Orange Solution S 1 Jaune Orange Jaune Solution S 2 Bleu Jaune Solution S 3 Tableau II a) La solution S est basique. 3 b) Le pH de la solution S est compris entre 3,1 et 3,8. 2 On sait que l'une des solutions a un pH de 1,5. c) Cette solution est la solution S . 1 d) Dans la solution de pH=1,5, la concentration des ions HO est égale à 12 13,2.10 mol.L . 14Données : Ke10 log 3, 2 0,5 1/ 3, 2 0, 32 log a.blog a log b .   Exercice n°6 On dose un volume V3 0mL d'une solution aqueuse d'acide méthanoïque (HCOOH) de concentration C , puis un volume V20mL d'une solution d'acide chlorhydrique, de a 11 concentration C1,0.10mol.L par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration a C. b Au cours du dosage, on suit l'évolution du pH du milieu en fonction du volume V de b solution de soude versée. On obtient les courbes 1 et 2. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 4/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie pH pH 14 14 77 2,4 1,1 3 3 10 20 30 V (cm ) 10 20 30 V (cm )b b Courbe 1 Courbe 2 a) La courbe 1 correspond au dosage de l'acide méthanoïque. 11b) La concentration de la solution de soude est C = 1,0.10 mol.L . b 11c) La concentration de la solution d'acide méthanoïque est C = 1,5.10 mol.L . a d) Le pKa de l'acide méthanoïque est de 1,5 environ. Exercice n°7 Le lactose contenu dans le lait se transforme en acide lactique CHCHOH COOH en 3 présence de bactéries. Un degré Dornic ou °D représente 0,1 g d'acide lactique par litre de lait. Pour être consommable l'acidité du lait ne doit pas dépasser 18°D. On effectue le dosage de 20 mL de lait par une solution d'hydroxyde de sodium de 21concentration 5,0.10 mol.L . pH 13Un logiciel a permis d'obtenir les graphes 112suivants : 11 3 100%10  Variation du pH en fonction du volume 9 de soude versée au cours du dosage. 80%8 32 7  Pourcentage des espèces chimiques du 60%6 couple acide lactique (noté AH) et de 5  4 40%sa base conjuguée (noté A ) en 1 3fonction du volume de soude versée 2 2 20%(échelle des pourcentages à droite). 3 1 20 024681012141618mL Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 5/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie a) L'espèce AH correspond à la courbe n°3. 1b) La concentration molaire du lait en acide lactique est C = 0,030 mol.L . lait c) Le lait étudié est frais. d) Pour trouver la valeur du pKa du couple auquel appartient l'acide lactique, on peut utiliser   les courbes 2 et 3 et chercher le point où AH = A .    Exercice n°8 On dissout 210 mg de fluorure de sodium solide NaF dans l'eau distillée, de façon à obtenir 100 mL de solution. Le pH de la solution ainsi obtenue est 7,9. + 31a) La concentration en ions sodium Na de la solution est 5,0.10 mol.L . b) L'ion sodium est responsable de la basicité du milieu. c) La base présente en solution est une base faible. Une solution d'ammoniac NH de même concentration a un pH de 10,9. Le couple ion 3 ammonium/ammoniac NH / NH a un pK de 9,2. 43 A d) Le pK du couple présent dans la solution de fluorure de sodium est inférieur à 9,2. A Exercice n°9 L'étiquette d'un vinaigre de cidre vendu dans le commerce porte l'indication : 5,0°. On rappelle que le degré d'un vinaigre est la masse d'acide éthanoïque HCCOH pur contenue 32 3dans 100 g de vinaigre. La masse volumique du vinaigre est prise égale à 1000 kg.m et la 1masse molaire de l'acide éthanoïque est M6 0g.mol. On dilue ce vinaigre au dixième, on prélève 25 mL de la solution ainsi obtenue, auxquels on ajoute quelques gouttes de phénolphtaléïne, et on titre ce prélèvement avec de la soude à 10, 20 mol.L . Le virage de l'indicateur coloré a lieu pour un volume versé de base égal à v10,4mL. b Indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique phénolphtaléïne incolore 8, 210, 0 rose a) L'indication de l'étiquette concernant le degré du vinaigre est correcte. b) Pour effectuer la dilution, on utilise une éprouvette graduée. c) L'indicateur coloré vire du rose à l'incolore au cours du dosage. d) A l'équivalence, le pH est supérieur à 7. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 6/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°10 Le pH du sang artériel est de 7,4. Comme dans la plupart des milieux biologiques, le pH du sang est régulé par des couples acide/base. La valeur du pH doit être très stable pour assurer le bon déroulement des processus enzymatiques. Les principaux couples intervenant dans le sang sont : CO / HCO pKa6,3 à 37 C312aq  2H PO / HPO pKa6,8 à 37 C24 4 2 a) Le pH du sang est basique. b) L'ion HCO est un ampholyte. 3 c) Parmi les espèces chimiques citées, une des espèces prépondérantes dans le sang artériel est H PO . 24 23 1 d) HPO  2.10 mol.L . 4  41 Données : à 37°C, pKe 13,72 ; H PO  5.10 mol.L ; 24  log a.blog a log b ; log2 0,3 ; log 5 0, 7 .  Exercice n°11 Le citronnellal, constituant de l'essence de citronnelle, a pour formule topologique : CHO 1 M154 g.mol a) Le citronnellal est un alcool. b) Le citronnellal présente la possibilité d'isomérie Z/E. c) Le citronnellal a un carbone asymétrique. Chauffé en milieu acide, le citronnellal se transforme en isopulégol A, constituant de nombreuses huiles essentielles. A OH 1 M154 g.mol Le rendement de la réaction est de 85 %. d) Pour produire 1,0 t d'isopulégol, il faut environ 7600 mol de citronnellal. Données : 1000/154 = 6,5 1000/0,85 = 1180 154  0,85 = 131 1180/154 = 7,6. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 7/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°12 Par réaction entre l'acide gallique A et le propan-1-ol, on obtient le gallate de propyle B qui est un antioxydant. HO HO CO H+ HC CH CH OH2 3 2 2 A HO 1 M170 g.mol HO COCH CH CH + H OHO 2 2 3 2 O HO B 1 M 212 g.mol a) Cette réaction est lente. b) On peut préparer B avec l'anhydride propanoïque et un alcool convenablement choisi. c) Le propan-1-ol possède deux stéréosiomères. A partir de 1,7 g d'acide gallique, en présence d'alcool en excès, on obtient 1,27 g d'ester. d) Le rendement de l'estérification est de 60 %. Données : 1,7  0,6 = 1,02 1,27  0,6 = 0,76 2,12  0,6 = 1,27 1,7/0,6 = 2,83 1,27/0,6 = 2,12 2,12/0,6 = 3,53 Exercice n°13 L'eugénol E et l'acétyleugénol A sont des produits naturels de formule : Formule de l'eugénol Formule de l'acétyleugénol OH OCOCH3 OCH3 OCH3 CH CH = CH CH CH = CH2 2 2 2 a) L'acétyleugénol peut être obtenu à partir d'acide éthanoïque et d'eugénol. On souhaite analyser l'huile essentielle du clou de girofle. On réalise pour cela une chromatographie sur couche mince CCM. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 8/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie On dépose sur la plaque, sur la ligne de base en 1, une goutte d'eugénol, en 2 une goutte d'acétyleugénol et en 3 une goutte de solution d'huile essentielle de clou de girofle. On réalise la révélation appropriée. Front de solvant Ligne de base 1 2 3 b) L'huile de clou de girofle contient de l'eugénol, de l'acétyleugénol et d'autre(s) composant(s). c) Le rapport frontal Rf de l'eugénol est proche de 0,3. A partir de 40 g de clous de girofle, on obtient 2,0 g d'eugénol pur. d) Sachant que le clou de girofle contient 15 % en masse d'eugénol, le rendement de l'opération est égal à 33 %. Exercice n°14 Dans un ballon équipé d'un agitateur magnétique et d'un réfrigérant ascendant, on introduit :  89 g de lard, que l'on considèrera comme étant le tristéarate de glycéryle de formule : (CH ) CHCH OOC2 2 16 3 (CH )CH OOC 2 16 CH3 CH OOC (CH ) CH2 16 32  100 mL d'éthanol  de la soude en excès On chauffe à reflux pendant 20 minutes. On laisse refroidir, puis on ajoute le contenu du ballon dans 250 mL d'une solution saturée de chlorure de sodium. On filtre ensuite sous vide sur un filtre Büchner et on rince le solide obtenu à l'eau froide. On pèse enfin le solide, après séchage. Sa masse est 73,5 g. a) L'éthanol est un catalyseur de la réaction de saponification. 1b) La masse molaire de l'espèce chimique solide obtenue est 283 g.mol . c) La solution saturée de chlorure de sodium permet d'éliminer l'excès de soude. d) Le rendement de la réaction est de 80 % . Donnée : 73,5 / 91,8 0,80 . Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 9/11 Sélection FESIC 2002 Epreuve de Chimie Exercice n°15 On synthétise le méthanoate d'éthyle, par une réaction d'estérification en milieu sulfurique entre l'acide méthanoïque HCOOH et l'éthanol de formule CHOH. 25 On introduit dans le mélange réactionnel 23 mL d'acide méthanoïque, 23 mL d'éthanol, 5 mL d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. En fin de réaction, on récupère 32 mL d'ester. On donne les caractéristiques physiques des espèces suivantes : Espèces chimiques Masse molaire Densité Température 1 d'ébullition g.mol   Acide méthanoïque 46 1,2 100,7 Ethanol 46 0,8 78 Méthanoate d'éthyle 74 0,9 54,5 a) L'acide méthanoïque est le réactif limitant. b) Le montage ci-dessous convient pour séparer l'ester des autres espèces chimiques présentes dans le milieu réactionnel. c) Le chauffage du mélange réactionnel permet d'augmenter la cinétique de la réaction. d) Le rendement de la réaction est proche de 100 %. Ecole Louis de BROGLIE-CPE LYON-ESA-ESAP-ESCOM-ESEO-ESTIT-ISA-ISAB-ISARA-ISEB-ISEM-ISEN-ISEP 10/11
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