Chimie 2001 S.T.L (Chimie de Laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Chimie 2001. Retrouvez le corrigé Chimie 2001 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Chimie
• 2001

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• Publié le: 05 juin 2007
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• Langue: Français

Extrait

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE -- SESSION 2001

SERIE SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

SPECIALITE : CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS

Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

1/5

L’ELEMENT COBALT

Les questions 1 et 2

sont indépendantes.

Données :

Elément

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Numéro atomique (Z)

25

26

27

28

29

1. Configurations électroniques.

1.1. Donner la structure électronique de l’atome de cobalt dans son état fondamental.

1.2. Préciser à quel bloc d’éléments (s, p, d ou f) dans la classification périodique appartient le

cobalt. Justifier.

1.3. Donner la configuration électronique des ions Co

2+

et Co

3+

.

2.

Radioactivité.

Le cobalt 60 est un radionucléide émetteur

β

−

.

2.1. Préciser la nature de la radioactivité

β

−

.

2.2. Écrire l’équation de la réaction de désintégration du cobalt 60. Préciser les règles utilisées.

2.3. L’activité A d’un échantillon est le nombre de désintégrations par seconde.

2.3.1.Sachant que cette activité A est proportionnelle au nombre N de noyaux non désintégrés

qu’il contient, montrer que cette grandeur varie au cours du temps selon la loi :

ln

0

A

A

=

−

λ.

t

2.3.2. Préciser le nom de la constante

λ

.

2.4. Définir la période d'un radionucléide.

2.5. Calculer la période du cobalt 60, sachant qu'au bout d'un an, l'activité a diminué de 12 %.

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE -- SESSION 2001

SERIE SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

SPECIALITE : CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS

Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

2/5

LES IONS DU COBALT EN SOLUTION

Les questions 1, 2.1 et 2.2 sont indépendantes.

Données (à 25 °C)

•

Constantes d’acidité des couples acide/base

H

2

S/HS

−

: pKa

1

= 7,0

HS

−

/S

2

−

: pKa

2

= 13,0

•

Produits de solubilité

K

s

(MnS) = 3

×

10

−

10

K

s

(CoS)

= 4

×

10

−

21

•

Potentiels standard

E°(Co

3+

/Co

2+

) = E

o

1

= + 1,84 V

E°(O

2

/H

2

O) = + 1,23 V

•

Constantes de dissociation des complexes

Co(NH

3

)

6

2+

: K

d1

= 4

×

10

−

5

Co(NH

3

)

6

3+

: K

d2

= 6

×

10

−

36

1. Séparation des ions Co

2+

d'un mélange, par précipitation de sulfures à pH contrôlé.

On considère que dans une solution aqueuse saturée en sulfure de dihydrogène (H

2

S), la concentration

molaire en H

2

S, notée c

0

, est constante et égale à 0,10 mol.L

-1

, à 25 °C.

Dans toute la question

1.

, on maintient la saturation en H

2

S et on augmente progressivement le pH à

partir de pH = 0.

1.1. Étude de la solution saturée de sulfure de dihydrogène.

1.1.1.Écrire les équations des réactions qui se produisent lors de la dissolution dans l'eau du

sulfure de dihydrogène.

1.1.2. Établir l’expression littérale de la concentration molaire en ions sulfure S

2

−

en fonction

de la concentration molaire en ions H

3

O

+

, de Ka

1

, Ka

2

, et c

0

.

1.2. Dans 200 mL de cette solution saturée en H

2

S, on introduit, sans variation de volume,

0,010 mol de nitrate de cobalt(II) solide et 0,010 mol de nitrate de manganèse(II) solide (ces

deux produits sont solubles).

1.2.1. Calculer le pH de précipitation de chacun des deux sulfures.

1.2.2. Déterminer le domaine de pH dans lequel on obtient la précipitation du sulfure de

cobalt sans qu’il y ait précipitation du sulfure de manganèse.

x

lg(

0,06

ln(x)

F

RT

=

), en V

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SPECIALITE : CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS

Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

3/5

2. Stabilité des ions Co

3+

en solution aqueuse.

2.1. Étude des ions Co

3+

dans l'eau pure :

2.1.1. Justifier sans calcul le fait que les ions Co

3+

ne peuvent exister durablement dans l'eau,

à pH = 0.

2.1.2. Écrire l'équation de la réaction d'oxydo-réduction qui se produit alors entre les ions Co

3+

et l'eau, en milieu acide.

2.2. Dans une solution aqueuse d'ammoniac :

- les ions Co

2+

sont complexés en ions Co(NH

3

)

6

2+

(de constante de dissociation K

d1

).

- les ions Co

3+

sont complexés en ions Co(NH

3

)

6

3+

(de constante de dissociation K

d2

).

2.2.1.

Donner les noms de ces deux complexes.

2.2.2.

Écrire les équations de ces deux réactions de complexation.

2.2.3.

Donner l'expression des constantes de dissociation des deux complexes (K

d1

et K

d2

)

.

2.2.4.

Écrire la formule de Nernst pour le couple redox : Co

3+

/Co

2+

(de potentiel standard

E

o

1

), puis pour le couple redox : Co(NH

3

)

6

3+

/Co(NH

3

)

6

2+

(de potentiel standard E

o

2

)

2.2.5.

Établir la relation entre E°

1

, E°

2

, K

d1

et K

d2

.

2.2.6.

Calculer E°

2

et expliquer pourquoi les ions Co(NH

3

)

6

3+

ne réagissent pas avec l’eau.

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Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

4/5

PREPARATION DE LA BENZOCAÏNE

(4-AMINOBENZOATE D'ETHYLE)

La benzocaïne est un anesthésique local d'usage externe.

La suite de réactions envisagée pour sa préparation est la suivante :

(I) Par traitement du benzène avec du chlorométhane en présence d'un catalyseur, on obtient un composé

A

.

(II)

A

réagit avec le mélange sulfonitrique pour obtenir

B

et

B'

(

B

et

B'

sont isomères de position).

(III)

B

est oxydé avec le mélange sulfochromique et donne un composé

C

.

(IV)

C

réagit avec l'éthanol à chaud en présence d'acide sulfurique et donne un composé

D

.

(V)

D

est réduit par le dihydrogène sur nickel de Raney et donne le 4- aminobenzoate d'éthyle.

1.

Donner le bilan des cinq réactions menant du benzène au 4-aminobenzoate d'éthyle (pour le passage de

B

à

C

, on indique que l'ion dichromate Cr

2

O

7

2-

est réduit en ion chrome(III), Cr

3+

) ; les demi-équations

rédox sont demandées.

2.

Nommer les composés

A

,

B

,

C

, et

D

.

3.

Passage du benzène à

A

.

3.1. Donner un catalyseur possible pour cette réaction.

3.2. Indiquer la nature de l'électrophile mis en jeu.

3.3. Indiquer la formule semi-développée de

B'

.

4.

Pour obtenir

D

, il est aussi possible de faire réagir

C'

(chlorure de 4-nitrobenzoyle) avec l'éthanol.

4.1. Indiquer comment obtenir

C'

à partir de

C

. Écrire l'équation bilan correspondante.

4.2. Préciser quel avantage présente l'utilisation de

C'

à la place de

C

pour obtenir

D

.

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Épreuve : PHYSIQUE - CHIMIE

CHIMIE

Durée 3 h

Coefficient 4

5/5

DETERMINATION D'UNE STRUCTURE

Un ester (

X

), fabriqué à partir d'un

α

-monoaminoacide (

Y

) et d'un monoalcool (

Z

) saturés, a pour masse

molaire M = 187 g.mol

-1

.

Données

Élément

H

C

N

O

Numéro atomique (Z)

1

6

7

8

Masse molaire (g.mol

-1

)

1,0

12,0

14,0

16,0

1.

Détermination de la formule de l'acide

α

-aminé

Y

.

1.1. Trouver sa masse molaire sachant qu'il renferme 12,0 % d'azote.

1.2. Indiquer la formule brute de

Y

.

1.3. Donner les formules développées possibles pour

Y

.

1.4. Cet acide

α

-aminé

Y

est linéaire et optiquement actif.

a) Donner son nom, sa formule et représenter un de ses énantiomères en représentation de

Cram.

b) Indiquer, en justifiant la méthode employée, la configuration absolue de l'énantiomère

représenté.

2.

Détermination de la formule de l'alcool

Z

2.1. Donner la formule brute de

Z

, après avoir déterminé sa masse molaire.

2.2. On réalise la suite de réactions ci-dessous

Q

, de masse molaire M = 44 g.mol

-1

, réduit la liqueur de Fehling.

R

, de masse molaire M = 58 g.mol

-1

, donne un précipité d'iodoforme (triiodométhane) avec le

diiode en milieu basique.

Identifier les composés

P

,

Q

et

R

(noms et formules). Justifier brièvement.

Sachant que

Z

est un alcool tertiaire, identifier

Z

(nom et formule).

2.3. Donner la formule de l'ester

X

; écrire l'équation bilan de sa formation.

Z

50 °C

H

2

SO

4

P

P

2) H

3

O

+

, Zn

1) O

3

Q

et

R