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XAMEN PROPEDEUTIQUE4
JUILLET2006 S
ERIEA
Section : «Section»
Etudiant(e) : 0«Nom» «Prénom»00 No de place : 0«Place»0
Consignes
• La durée globale de l'épreuve est de 3 h 00 min.
• On ne pourra quitter la salle d'examen qu'après avoir rendu définitivement sa copie.
• Les surveillants ne répondront à aucune question relative à la donnée de l'épreuve.
• En dehors du matériel d'écriture normal et de feuilles de brouillon vierges, seul l'usage d'un formulaire de 2 côtés de pages A4 au maximum et d'une calculatrice scientifique (sans aucun fichier alpha-numérique stocké ni possibilité de communication) est autorisé. Un tableau périodique est fourni à la fin de la donnée de l'épreuve.
• Une pièce d'identité avec photographie, le formulaire et la calculatrice doivent être déposés sur le plan de travail et rester visibles pendant toute la durée de l'épreuve.
• Toutes les réponses seront inscrites à l'encre sur les pages suivantes, dans les cadres prévus à cet effet (au besoin, utiliser le verso de la feuille en indiquant clairement "voir verso" dans le cadre correspondant).
• Les réponses devront donner suffisamment d'indications pour que le correcteur puisse apprécier le raisonnement qui a permis de les obtenir.
• Les feuilles de brouillons ne seront pas récoltées à la fin de l'épreuve et ne pourront donc pas être prises en compte.
• Les résultats numériques devront être donnés avec leurs unités de mesure.
• Le recueil de feuilles de réponse doit être signé au bas de la page 11.
Problème 1
L’analyse élémentaire d’un composé organique a livré la composition en masses suivante : C : 58,5 %, H : 4,1 %, O : 26,0 %, N : 11,4 %. Un échantillon de 1,00 g de ce composé est vaporisé dans une enceinte d'un volume de 2000 cm3, préalablement vidée. On mesure alors dans cette enceinte une pression de 62,3 Torr à une température de 219 °C. En admettant que la vapeur du composé se comporte comme un gaz parfait, quelle est la formule moléculaire du composé ?
Données: R = 8,314 J‧mol–1‧K–1, 1 atm = 1013,25 hPa = 760 Torr
Problème 2
L'oxydation complète à 25 °C du glucose C6H12O6 (aq) en présence d'oxygène O2 (g) a pour seuls produits H2O (l) et CO2 (g).
Données : Composé ΔHf° [kJ· mol–1] S° [J· mol–1· K–1] C6H12O6 (aq) – 1292,9 212,0 CO2 (g) – 393,5 213,7
H2O (l) – 285,6 70,0
O2 (g) 205,0
a) Quelle est la chaleur dégagée à une pression constante P = 1 atm et à T = 25°C par l'oxydation de 5,0 g de glucose ? La réaction est-elle exothermique ou endothermique ?
b) Quelle est l’enthalpie libre standard de l'oxydation de C6H12O6 (aq) par O2 (g) en CO2 (g) et H2O (l) à 25°C ?
c) Exprimer littéralement la constante d'équilibre K correspondant à cette réaction en fonction des activités des réactifs et produits et déterminer la valeur numérique du pK de cet équilibre.
d) Expliquer pourquoi une solution aqueuse de glucose est apparemment stable en présence d'air à 25 °C.
e) De quelles données supplémentaires devrait-on disposer pour pouvoir calculer à partir de la réponse de la partie (b) l'enthalpie libre standard de l'oxydation du glucose dans les conditions du métabolisme humain à T = 37 °C ? Comment s'y prendrait-on alors ?
Problème 3
Le produit de solubilité de l'hydroxyde de fer (II), Fe(OH)2 , en solution aqueuse est KS = 7,94‧10–16.
a) Ecrire l'équation chimique correspondant à la dissociation de Fe(OH)2 en solution.
b) Quelle masse d'hydroxyde de fer (II) peut-on dissoudre au maximum dans 200 ml d'eau pure ?
c) Quelle est la solubilité de Fe(OH)2 dans une solution dont le pH est fixé à une valeur de pH = 10,0 ?
Problème 4
On titre une solution aqueuse d'un acide carboxylique de concentration inconnue par une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH). On trace le graphe pH = ƒ(V), où V [ml]
représente le volume de la solution de NaOH ajouté.
a) La courbe de titrage indique-t-elle la présence d'un acide faible ou d'un acide fort ? Expliquer pourquoi.
b) Trouver graphiquement la valeur du pKa de l'acide titré et identifier celui-ci parmi la liste suivante:
- Acide formique (ou méthanoïque) HCOOH Ka = 1,7‧10–4 - Acide acétique (ou éthanoïque) CH3COOH Ka = 1,8‧10–5 - Acide propanoïque C2H5COOH Ka = 1,4‧10–5 - Acide benzoïque C6H5COOH Ka = 6,3‧10–5
c) Etablir une liste des différentes espèces chimiques présentes dans la solution initiale d'acide (V = 0 ml). Le pH de cette solution étant égal à 2.6, donner la concentration molaire de chacune de ces espèces. En déduire la concentration molaire initiale c0 de la solution d'acide.
d) A 150 ml de cette solution acide, on ajoute 75 ml d'une solution aqueuse de NaOH 10–1 M, Quel sera le pH de la solution obtenue ? Quelles propriétés possède cette solution ?
Problème 5
On considère une pile électrochimique constituée de deux compartiments reliés par un pont électrolytique à une température de 25 °C. Le premier compartiment est constitué d'une électrode de platine plongeant dans une solution aqueuse contenant à la fois du sulfate ferreux, FeSO4 , et du sulfate ferrique, Fe2(SO4)3 , avec a(Fe2+) = 0,150 et a(Fe3+) = 0,855. Le second compartiment comporte une électrode à hydrogène, alimentée par de l'hydrogène gazeux à une pression p(H2) = 1 atm, et plongeant dans une solution de chlorure d'ammonium NH4Cl. La force électromotrice de la pile est de 1,124 V.
Données : E° (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V / SHE , F = 96485 J‧V–1‧mol–1
a) En admettant que le platine ne s'oxyde pas, écrire les demi-réactions ayant lieu sur chacune des deux électrodes.
b) Quel est le potentiel de l'électrode à hydrogène ?
c) Quel est le pH de la solution de chlorure d'ammonium dans le second compartiment ?
d) Identifier la cathode et l'anode de la pile. Que se passe-t-il chimiquement dans les deux compartiments lorsque la pile se décharge ? Justifier vos réponses.
Problème 6
La réaction de substitution:
CH3Br + OH–
➝
CH3OH + Br–est caractérisée par une loi de vitesse de la forme v = k‧[CH3Br]‧[OH– ]. Sa constante de vitesse à T = 298 K vaut 2,8‧10–4 mol–1‧l‧s–1.
a) Quel est l'ordre global de cette réaction ? Justifier la réponse.
b) Quelle est la vitesse initiale de la réaction si les concentrations initiales des réactifs sont égales: [CH3Br]0 = [OH– ]0 = 8‧10–2 mol‧l –1.
c) Quelle proportion de CH3Br aura été consommée après une heure de réaction ?
Fin de l'épreuve
Signature de l'étudiant(e) : ________________________________________
