FESIC chimie 2004

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CPE LYON - ESA - ESAP - ESCOM - ESEO - ESTIT - IGAL - ISA - ISAB - ISARA - ISEN Brest - ISEN Lille - ISEN Toulon - ISEP - LOUIS de BROGLIE SELECTION FESIC ADMISSION en 1Łre ANNEE du 1er CYCLE 2004 EPREUVE DE CHIMIE Samedi 15 mai 2004 de 10h.45 12h.15 INSTRUCTIONS AUX CANDIDATS L’usage de la calculatrice est interdit ainsi que tout document ou formulaire. L’Øpreuve comporte 16 exercices indØpendants. Vous ne devez en traiter que 12 maximum. Si vous en traitez davantage, seuls les 12 premiers seront corrigØs. Un exercice comporte 4 affirmations repØrØes 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 considØrØ comme traitØ dŁs qu’une rØponse une des 4 affirmations est donnØe (l’abstention et l’annulation ne sont pas considØrØes comme rØponse). Toute rØponse exacte rapporte un point. Toute rØponse inexacte entra ne le retrait d’un point. L’annulation d’une rØponse ou l’abstention n’est pas prise en compte, c’est- -dire ne rapporte ni ne retire aucun point. Une bonification d’un point est ajoutØe chaque fois qu’un exercice est traitØ correctement en entier (c’est- -dire lorsque les rØponses aux 4 affirmations sont exactes). L’attention des candidats est attirØe sur le fait que, dans le type d’exercices proposØs, une lecture attentive des ØnoncØs est absolument nØcessaire, le vocabulaire employØ et les questions posØes Øtant trŁs prØcis. ...
Publié le : mardi 5 juillet 2011
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SELECTION FESIC
ADMISSION en 1ère ANNEE du 1er CYCLE 2004
EPREUVE DE CHIMIE
Samedi 15 mai 2004 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. T.s.v.p...
1.Inscrivez votre nom et votre prénom en majuscules dans les cases prévues. 2.Inscrivez votre numéro de table (1 lettre, 5 chiffres) en clair dans les emplacements prévus (voir exemple) ET en noircissant les cases correspondant à votre numéro. 3.Procédez de même pour la matière de l'épreuve (MAT pour Mathématiques, CHI pour Chimie, PHYS pour Physique, SVT pour Sciences de la vie et de la terre).  Exemple:
4.Noircissez les cases correspondant à vos réponses :
Faire
Ne 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 :
V F V F vrai faux abstention abstention vrai faux abstention La feuille de réponses permet de répondre à 30 exercices. Ne pas remplir les cases numérotées de 17 à 30. 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 2004 1 Masses atomiques molaires eng. mol . H C O Zn Cr Ca K Cu Ag 1 12 16 65 52 40 39 63,5 108 ------------------Exercice n°1 Dans une enceinte fermée, thermostatée, on introduit 65 mg de poudre zinc dans 100 mL de solution 1 aqueuse d'acide chlorhydrique à la concentration molaireC=1, 0 mol.L. L'équation de la réaction modélisant la transformation chimique est : +2+ Zn+2H=Zn+H . (s) (aq) (aq)2(g) La transformation chimique est totale. a) Le réactif limitant est le zinc. b) L'avancement maximal vaut 0,05 mol. 4 Pour t = 3 minutes, l'avancement vaut 5, 0.10 mol . c) 3 minutes correspondent au temps de ½ réaction. 1 Dans les conditions de l'expérience, le volume molaire gazeux vaut V=.24 L.mol m d) A la fin de la réaction, le volume de dihydrogène obtenu est de 2,4 mL. Exercice n°2 Pour étudier plus rapidement la décomposition des ions hypochloritedans l'eau deClO contenus (aq) 2+ javel, on travaille en présence d'ions cobalt Co . (aq) − − La réaction d'oxydo-réduction est modélisée par l'équation : 2 ClO=2 Cl+O . (aq) (aq)2(g) On mesure sous une pression constante P=le volume de dioxygène produit à partir de l'instant101 kPa 0 2+ où l'on introduit les ions Co . Les résultats obtenus ont permis de tracer V(t)=f(t). (aq)O 2 V en mLV(t)=f t) O O 2 2  t en s
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 1 Données :Volume molaire dans les conditions de l'expérienceL.mol24, 0 . 311 R=Pa.m .K .mol8, 30  24,0/8,30 = 2,89. a) L'avancement maximal de la réaction est de 12,5 mmol. b)t = 150 s. 1/2 c) L'étude de la réaction s'est effectuée à une température voisine de 19°C. 2+ d) Les ionsété consommés au cours de la réaction.Co ont (aq) Exercice n°3 2On étudie la cinétique de la réaction des ions peroxodisulfate S O avec les ions iodureI, d'équation : 2 8 2− −2S O+2 I=I+2 SO . 2 8 2 4 2Les ionsS Osont en excès par rapport aux ionsI. 2 8 a) La conductimétrie peut être envisagée comme méthode de suivi de l'évolution de la réaction. b) La pH-métrie peut être envisagée comme méthode de suivi de l'évolution de la réaction. On suit l'évolution de cette réaction par spectrophotométrie. Pour cela, on mesure l'absorbance A, à la longueur d'ondeλ =575 nm, du diiodeIformé. 2 La courbe d'étalonnage du spectrophotomètre est la suivante :
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 La courbe suivante donne la variation, au cours du temps, de l'absorbance A du milieu réactionnel.
Au bout de plusieurs heures l'absorbance ne varie plus et vautA=1,1 . -− −21   c) A l'instant initial t = 0, la concentration des ions iodure était= 1,5.10 mol.L .   0 -− −31   d) Au tempst = 1000 sest, la concentration des ions !.3.10 mol.L   1000 Exercice n°4 On considère à 25°C, une solution aqueuseSd'acide méthanoïque HCOOH de concentration molaire 1 21 apportéeC=5, 00.10 mol.Let une solution aqueuse S d'acide benzoïque C H COOH ayant le 12 6 5 même pH égal à 2,5. 1 Données :ρ =1,18 g.mL (acide méthanoïque pur). HCOOH = pKa(HCOOH / HCOO)3,8 . pKa(C6H COO/ C H COOH )=.4, 2 5 6 5 1,7 10=0, 02 . a) La solution aqueuse d'acide formique est moins dissociée en ions que celle de l'acide benzoïque. b) La préparation de 500 mL de la solution aqueuseSnécessite moins d'un mL d'acide pur. 1 c) Dans la solutionS, l'égalité suivante est vérifiée :[C H COOH=H COO50 C ]. 26 56 5 éq éq d) Si, pour préparer la solution aqueuseS, on effectue la dilution à 15°C, l'état d'équilibre est plus long 2 à obtenir.
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°5 On dissout 0,1 mol d'ammoniac NH gazeux dans de l'eau pure, de façon à obtenir 200 mL de solution. 3 1411,4122,63 Données : K=1010 ; =4.10 ; 10=2, 5.10 e + − a) La réaction de l'ammoniac sur l'eau est : NH+H O=NH+HO . 3 (g) 2 (l) 4 (aq) (aq) b) L'ammoniac NH est un acide. 3 On mesure le pH de cette solution à l'aide d'un pH-mètre. c) Un pH-mètre mesure la conductance de la solution. Le pH mesuré est égal à 11,4. 13 d) L'avancement final de la réaction est=8.10 mol . f Exercice n°6 Le rouge de méthyle est un indicateur coloré dont le pKa est 5,2. Sa teinte est rouge en milieu très acide et jaune en milieu basique. O On a représenté ci-contre la formule topologiqueOH d'une des espèces présentes dans une solution de cet N N N indicateur coloré. a) Le rouge de méthyle possède une fonction acide carboxylique. b) La molécule représentée donne une couleur rouge à la solution. c) En milieu neutre, l'indicateur coloré teinte la solution en jaune à 25°C. d) Lorsque l'indicateur coloré est dans un milieu dont le pH est de 7,2 , la proportion de l'espèce acide est d'environ 1 %, à 25°C. Exercice n°7 L'acide benzoïque, de formule C HCOOH , est un solide blanc, peu soluble dans l'eau. 6 5 21 On dispose d'une solution d'acide benzoïque de concentration molaire apportée C=1, 0.10 mol.L . Le pH de cette solution est 3,1.O OH a) La formule topologique de l'acide benzoïque est : b) La base conjuguée de l'acide benzoïque a pour formu e sem - ve opp eC HCOOH . 6 4 c) La réaction de l'acide benzoïque dans l'eau n'est pas totale. d) Le taux d'avancement de la réaction est inférieur à 10 %.
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°8 Dans une fiole jaugée de 100 mL, on réalise le mélange de : 10,0 mL de solution aqueuse d'acide chloroacétique CH ClCO H . 2 2(aq) + − 10,0 mL de solution aqueuse de chloroacétate de sodium Na+CH ClCO . (aq)2 2(aq) + − 20,0 mL de solution aqueuse de chlorure d'ammonium NH+Cl . 4(aq) (aq) 20,0 mL de solution aqueuse d'ammoniac NH . 3(aq) 21 Chaque solution est à la concentration molaire apportée de 1, 0.10 mol.L . On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. L'équation de la réaction modélisant la transformation chimique envisagée est : − + CH ClCO H+NH=CH ClCO+NH . 2 2(aq)3(aq)2 2(aq)4(aq) Données :CH ClCOOClCOOH / pKa CH =2, 9 (2(aq)2(aq) + pKa NH / NH=9, 2 . (4(aq)3(aq) 31 a) Dans le mélange,[CH ClCO H=1,0.10 mol.L. 2 2 i b) La constante d'équilibre correspondant à la réaction vaut 6,3. c) La transformation va évoluer dans le sens de la formation deCH ClCOO. 2(aq) d) Le quotient de réaction augmente au cours de l'évolution spontanée du système. Exercice n°9 La caféine est reconnue pour ses propriétés stimulantes du système nerveux. Présente dans le café, le thé + et le maté, elle constitue la forme basique du couple acido-basique noté BH / B . + − Dans l'eau, la caféine se comporte suivant le modèle d'équation chimique :B+H O=BH+HO. 2 A 25°C, sous un bar, on mesure la conductivité de 500 mL de solution contenant initialement 2 1 1, 0.10 molde caféine ; on trouveσ =400µS.cm. 21 Données :λ=20 mS.m .mol ;λ+est négligeable ; HO BH 14 produit ionique de l'eau à 25°C : K=10 ;0log 2, =0, 30. e a) L'avancement final de la transformation est=1,0 mmol. f 1 b) La concentration molaire finale en caféine est égale à4,5 mmol.L. c) Le pH de la solution vaut 11,3. d) L'état d'équilibre est statique.
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°10 2+ − On verse un volume V=10 mL d'une solution aqueuse de chlorure de calcium Ca+de2 Cl 1((aq) (aq) 1 concentration molaire apportéeC=0,10 mol.LV, dans un volume =de solution aqueuse de10 mL 1 2 +21 carbonate de sodium 2 Na+CO de concentration molaire apportéeC=0,10 mol.L. On ((aq)3(aq)2 observe alors la formation d'un précipité blanc de carbonate de calcium, selon la réaction : 2+2Ca+CO=CaCO . (aq)3(aq)3(s) 8 La constante de cette réaction estK=10. a) Le quotient initial de la réaction est inférieur à la constante d'équilibre K. b) Le quotient initial de la réaction a pour valeurQ=100. r,i 2− −41   c) A l'équilibre, la concentration molaire en ions carbonate estCO=.10 mol.L 3  éq d) Après passage à l'étuve du précipité, on obtient une masse de 100 mg. Exercice n°11 On forme une pile argent/cuivre en associant : une demi-pile A, constituée d'une électrode d'argent Ag, de masse m=10,8 g , plongeant dans 1 L 1 + −1 d'une solution aqueuse de nitrate d'argent(NOAg , )à0,10 mol.L; 3 une demi-pile B, constituée d'une électrode de cuivre Cu, de massem=12, 7 g, plongeant dans 1 L 2 2+2− −1 d'un Cu , e solution aqueuse de sulfate de cuivre(SO4)à0,10 mol.L. La réaction +2+ 2 Ag+Cu=Cu+2 Ag (aq) (s) (aq) (s) 15 a pour constante d'équilibre K=25°C.2,15.10 à 1 Donnée :1 F=96 500 C.mol. a) Dans l'état initial, le quotient de cette réaction estQ=10. r, i b) L'électrode de cuivre est le pôle positif. + − c) La réaction qui se produit dans la demi-pile A estg+e=Ag. d) La capacité de cette pile estQ=19 300 C.
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°12 On réalise la pile suivante : 3+ + Cr / Cr // Ag / Ag . (s) (aq) (aq) (s) Compartiment n°1 :100 mL de solution de nitrate de chrome III de concentration molaire apportée 3 3+ −1   initiale en ions Cr : Cr i=0,100 mol.L(aq) (aq)   Compartiment n°2 :100 mL de solution de nitrate d'argent de concentration molaire apportée initiale + + 1   en ions Ag : Ag i=0,100 mol.L .(aq) (aq)   Un ampèremètre placé dans le circuit extérieur affiche une valeur positive de l'intensité lorsque sa borne COM est reliée au chrome. Au cours du fonctionnement de la pile, la masse d'une des électrodes diminue de 104 mg. a) L'électrode d'argent voit sa masse diminuer. b) L'autre électrode subit une variation de masse de 648 mg. 3+ −1 c) La concentration molaire finale en ions Cr est égale à0,120 mol.L. (aq) d) La pile a alors atteint un état d'équilibre. Exercice n°13 3 Une unité de fabrication de dihydrogène par électrolyse de l'eau fabrique450 ml'heure de ce gaz à (volume rapporté aux conditions normales de température et de pression). L'électrolyte utilisé est une + − solution d'hydroxyde de potassium K+HO . ((aq) (aq) A l'électrode où est produit le dihydrogène, l'équation bilan de la réaction peut s'écrire : − − 2 H O+2 e=H+2 HO 2 (l) 2(g) (aq) a) Le dihydrogène apparaît à la cathode de l'électrolyseur. b) La quantité de matière de dihydrogène produite est d'environ 20 mol par heure. 3 c) L'intensité du courant dans l'électrolyseur est!1,1.10 kA. d) Lors d'une électrolyse, le système chimique évolue en se rapprochant de l'état d'équilibre. Données :Volume molaire des gaz dans les conditions normales de température et de pression : 3 96, 5.10 1 31 V=22, 4 L.mol;F=96, 5.10 C.mol ;27 m 3600
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°14 On réalise un montage à reflux en plaçant dans un ballon 12,2 g d'acide benzoïque solide C H COOH, 6 5 40,0 mL de méthanol CH OH , quelques gouttes d'acide sulfuriqueH SOet de la pierre ponce. 32 4 On obtient du benzoate de méthyle liquide à odeur forte et aromatique présent dans l'illet. a) L'acide sulfurique permet d'obtenir un taux d'avancement égal à 1. b) Pour réaliser la synthèse du benzoate de méthyle, on utilise le montage représenté sur le schéma A.
c) Le méthanol est le réactif limitant. Après refroidissement, on verse le contenu du ballon dans une ampoule à décanter, on obtient deux phases. Après traitement de la phase contenant l'ester, on récupère une masse2 gm 10, de benzoate de méthyle. d) La réaction de synthèse est limitée. 1 Composés 1 Masse molaireg.mol( )Masse volumique à 20°Cg.mL( ) Acide benzoïque 122 1,3 Méthanol 32 0,80 Benzoate de méthyle 136 1,1
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Epreuve de Chimie Sélection FESIC 2004 Exercice n°15 Le benzoate de benzyle C HCOOCHC H est un antispasmodique utilisé contre la toux. 6 5 2 6 5 a) Il s'agit d'un ester du phénol. b) Il peut être synthétisé à partir de l'anhydride benzoïque. On hydrolyse le benzoate de benzyle extrait d'un échantillon de sirop pour la toux avec 50 mL d'une 1 solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire apportéeC=0,10 mol.L. On réalise ensuite le dosage de l'excès d'ions hydroxyde par l'acide chlorhydrique de concentration molaire apportée 1 C=0,10 mol.L. Le volume équivalent obtenu estv=18 mL. A c) Le dosage peut être effectué par conductimétrie. d) Le sirop contient 3,2 mmol de benzoate de benzyle. OH O O onnées : C6H5C O C C6H
phénol anh i e enzoï ue Exercice n°16 La butyrine est un corps gras présent dans le beurre, il est obtenu par action du glycérol CH OHCHOHCHsur l'acide butyrique CH OH CHCHprésence d'acideCOOH en 2 2 3 2 2 sulfurique concentré. 1 a) La masse molaire de la butyrine est=302 g.mol.b) L'acide sulfurique n'influe pas sur la vitesse de la réaction. + − On saponifie la butyrine par un excès de solution de potasse concentrée K+HO . ( ) (aq) (aq) Le mélange réactionnel est chauffé à reflux puis versé dans de l'eau salée saturée. c) Pour saponifier 6,04 kg de butyrine, la quantité de matière dion hydroxyde nécessaire est n=20,0 mol. d) Dans une molécule de savon, la chaîne carbonée constitue la partie hydrophile.
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