PCSI A PCSI B CHIMIE DS n°1

E. Faillard

Description

Niveau: Supérieur

• redaction


• revision

PCSI A - PCSI B CHIMIE - DS n°1 Instructions générales : • Les candidats doivent vérifier que le sujet comprend 4 pages. • Les candidats sont invités à porter une attention toute particulière à la qualité de la rédaction, de l'orthographe et des justifications. • Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d'énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu'il est amené à prendre. • L'usage d'une calculatrice est autorisé pour cette épreuve. • Les parties sont indépendantes. Elles peuvent être traitées dans l'ordre choisi par le candidat. Partie 1 [30% des points] : D'après le concours ENSTIM 2008 Le fer et ses ions 1. La masse molaire du fer est M = 56 g.mol–1 et sa masse volumique est µ ≈ 7,9.103 kg.m–3 en phase solide ; sans préjuger de la structure réelle du cristal, en déduire l'ordre de grandeur de la distance entre les noyaux. 2. Le fer est un métal de transition de numéro atomique Z = 26. Déterminer sa configuration électronique. En justifiant la réponse, on en déduira sa position dans la classification périodique des éléments. 3. Par analyse du spectre d'émission, on détecte dans la couronne solaire des ions Fe13+ (ce qui témoigne d'une température de l'ordre de 106 K !) ; quel est l'élément dont l'atome est isoélectronique de cet ion exotique

• équations des demies réactions d'oxydoréduction


• formule brute


• couronne solaire des ions fe13


• température de l'ordre


• ordre de grandeur de la distance entre les noyaux

Sujets

• Redaction
• Révision
• Formule brute

Informations

• Publié par: profil-nechor-2012
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• Langue: Français

Extrait

PCSI A

-

PCSI B

CHIMIE

-

DS n°1

Instructions générales :

•

Les candidats doivent vérifier que le sujet comprend

4

pages.

•

Les candidats sont invités à porter une attention toute particulière à la

qualité de la rédaction

,

de l’orthographe

et

des justifications

.

•

Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le

signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il est

amené à prendre.

•

L’usage d’une calculatrice est autorisé pour cette épreuve.

•

Les parties sont indépendantes. Elles peuvent être traitées dans l'ordre choisi par le candidat.

Partie 1

[30% des points]

:

D’après le concours ENSTIM 2008

Le fer et ses ions

1.

La masse molaire du fer est

M

= 56 g.mol

–1

et sa masse volumique est

μ

≈

7,9.10

3

kg.m

–3

en phase solide ; sans préjuger de la structure réelle du cristal, en déduire l’

ordre de

grandeur

de la distance entre les noyaux.

2.

Le fer est un métal de transition de numéro atomique

Z

= 26. Déterminer sa configuration

électronique. En justifiant la réponse, on en déduira sa position dans la classification

périodique des éléments.

3.

Par analyse du spectre d’émission, on détecte dans la couronne solaire des ions Fe

13+

(ce

qui témoigne d’une température de l’ordre de 10

6

K !) ; quel est l’élément dont l’atome est

isoélectronique de cet ion exotique ? Entre cet atome et l’ion Fe

13+

, lequel présente le plus

grand rayon (à justifier) ?

4.

Lorsqu’on compare les potentiels rédox standards des couples du type X

2+

/

X dans la ligne

du fer, on constate que celui du manganèse est anormalement bas, ce qui signifie que Mn se

transforme plus facilement en X

2+

que ses voisins (…

24

Cr,

25

Mn,

26

Fe …) ; interpréter ce

fait en relation avec les structures électroniques de valence des cations obtenus.

5.

Etats excités de l’atome de fer. Donner trois exemples d’états excités (différents) du fer

satisfaisant les points suivants :

a.

Exemple n°1 : la règle de Klechkowski seule n’est pas respectée.

b.

Exemple n°2 : la règle de Hund seule n’est pas respectée.

c.

Exemple n°3 : la règle de Klechkowski et la règle de Hund ne sont respectées ni

l’une ni l’autre.

d.

Qu’en est-il du principe de Pauli ?

Samedi 26 septembre 2009

DS n°1

Architecture de la matière et révisions

Durée : 2 heures

PCSI A

-

PCSI B

CHIMIE

-

DS n°1

2

Partie 2

[9% des points]

:

Spin total

1)

Au sein des trois premières lignes de la classification, on cherche l’atome de spin total

S=3/2 à l’état fondamental ayant la plus forte électronégativité. Qui est-ce ? Expliquer.

2)

Donner la configuration électronique du plutonium (Z=94) dans son état fondamental.

(Il suit la règle de Klechkowski.) Combien a-t-il d’électrons célibataires dans son état

fondamental ? Que vaut son spin total ? Expliquer. A quelle série d’éléments appartient-

il ?

Partie 3

[11% des points]

:

Etats quantiques

Voici quelques quadruplets définissant l’état d’un électron dans un atome :

(5,0,0,1/2) ; (2,1,2,-1/2) ; (2,2,2,1/2) ; (3,-1,1,-1/2) ; (4,1,-1,-1/2) ; (4,2,2,1) ;

(5,2,2,-1/2) ; (7,3,-2,0) ; (8,1,-1,1/2) ; (8,4,0,-1/2).

1) Préciser à quoi correspondent chacun des 4 chiffres composant un quadruplet.

2) Parmi ces quadruplets, quels ceux qui sont impossibles ? Pourquoi ?

3) Préciser les symboles des niveaux d’énergie correspondant aux quadruplets possibles.

4) Un électron occupe un niveau d’énergie 5f. Combien de quadruplets peuvent décrire

l’état de cet électron ?

Partie 4

[16% des points]

:

Structures de Lewis

1)

Donner la représentation de Lewis des molécules ou ions suivants :

2

3

2

3

Cl

H O

ClO

SCN

NO

NH

POCl

+

-

-

+

-

Indication : dans POCl

3

, l’atome de phosphore est lié à tous les autres.

2)

Compléter la représentation de Lewis de l’édifice suivant :

C

C

C

C

C

C

C

C

C

NH

2

H

H

O

H

Cl

H

H

H

H

PCSI A

-

PCSI B

CHIMIE

-

DS n°1

3

Partie 5

[15% des points]

:

Du cuivre (II) au cuivre métallique

On effectue l’électrolyse d’une solution de chlorure de cuivre (II) entre deux électrodes

inattaquables de graphite. Sur l’une des électrodes, on observe un dépôt rouge et sur l’autre un

dégagement de dichlore.

1)

A quelle famille d’éléments le chlore appartient-il ?

2)

L’ion chlorure est l’ion du chlore le plus courant. Quelle est sa formule chimique ?

Pourquoi ?

3)

Que signifie l’indication (II) dans chlorure de cuivre (II) ? Donner la formule du

chlorure de cuivre (II).

4)

Le chlorure de cuivre (II) a une solubilité dans l’eau de 1150g.L

-1

à 20°C.

a.

Définir le mot solubilité.

b.

A 10°C, la valeur de la solubilité sera-t-elle plus élevée ou moins élevée que

1150g.L

-1

?

c.

Que se passe-t-il si on introduit 10 mol de chlorure de cuivre (II) dans un litre

d’eau à 20°C ?

5)

Ecrire les équations des demies réactions d’oxydoréduction se déroulant à chaque

électrode puis celle de la réaction globale d’électrolyse.

6)

On recueille ainsi 1.00g de dépôt.

a.

Quelle est la quantité de matière associée ?

b.

Sachant que l’électrolyse a duré 25 minutes, en déduire l’intensité moyenne du

courant durant cette électrolyse.

PCSI A

-

PCSI B

CHIMIE

-

DS n°1

4

Partie 6

[19% des points]

:

Réaction d’estérification

On mélange 0.5mol d’acide propanoïque, 0.5mol d’un alcool et un peu d’acide sulfurique. Le

tout est porté à reflux.

1)

Faire un schéma annoté du montage de chauffage à reflux. A quoi le chauffage sert-il ?

Pourquoi utilise-t-on un tel montage ?

2)

L’alcool utilisé est un composé monooxygéné comportant en masse 52.2% de carbone,

13.0% d’hydrogène et 34.8% d’oxygène. Trouver sa formule brute.

3)

Dessiner l’acide propanoïque (CH

3

-CH

2

-COOH), l’alcool de départ et l’ester formé en

représentation topologique. Les doublets non liants devront figurer.

4)

Donner le bilan de la réaction réalisée.

5)

On obtient un rendement de 66%. Déterminer la composition du système à l’état final.

6)

En déduire la valeur de la constante d’équilibre de cette réaction.

7)

Sur la bouteille d’acide propanoïque, on lit : R 34. A quoi cela correspond-il ?

Données :

Nombre d’Avogadro : N

A

≈

6,02.10

23

mol

–1

Charge élémentaire : e

≈

1,60.10

-19

C

M

O

= 16 g.mol

-1

; M

C

= 12 g.mol

-1

; M

H

= 1 g.mol

-1

; M

Cu

= 63,5 g.mol

-1

; M

Cl

= 35,5 g.mol

-1