1998

EXAMEN NATIONAL DE CHIMIE 1998
Concours national de chimie pour les écoles secondaires (ICC)
Examen national de sélection (OCC)
PARTIE A: QUESTIONS A CHOIX MULTIPLE (60 minutes)
1. Lequel des isotopes suivants possède exactement 19 neutrons?
a) 35Cl b) 19F c) 35S d) 39K e) 40Ca+
2. Selon ce qui est indiqué sur l'emballage d'une barre de chocolat, les sucres représentent le
principal ingrédient, c'est-à-dire 47% du chocolat au lait. Si ces sucres sont représentés par le
saccharose, C12H22O11, combien de molécules de sucre se trouvent dans une barre de chocolat
de 43 g?
a) 9,8 x 1026
b) 1,6 x 1023
c) 7,8 x 1022 d) 3,6 x 1022
e) 6,0 x 1023
3. La bonne formule du nitrate d'aluminium est:
a) AlNO3 b) Al3NO3 c) Al2(NO3)3 d) Al(NO3)2
e) Al(NO3)3
4. Un échantillon de minerai magnétite (Fe3O4 impur) qui pèse 0,5000 g est traité de sorte que le
fer est précipité sous forme d'hydroxyde de fer(III). Ce précipité est chauffé et converti en
0,4980 g de Fe2O3. Quel est le pourcentage de Fe3O4 dans le minerai?
a) 69,0% b) 96,3% c) 99,6% d) 35,0% e) 48,1%
5. Lequel des tests suivants indique spécifiquement la présence d'un acide en solution aqueuse?
a) Le papier tournesol rouge demeure rouge lorsqu'une goutte de la solution est ajoutée.
b) Des bulles de gaz se dégagent lorsque la solution est ajoutée à une solution de carbonate
de calcium.
c) La solution conduit l'électricité.
d) La solution est incolore.
e) La solution devient rose lorsque la phénolphthaléine est ajoutée.
6. Le "lait de magnésie" qui est vendu comme anti-acide est une suspension aqueuse de
l'hydroxyde de magnésium qui contient environ 80 mg Mg(OH)2 par mL. Quel volume de
suc gastrique (acide de l'estomac), qui contient à peu près 0,17 mol/L de HCl, peut être
neutralisé par une cuillerée à table (15 mL) de "lait de magnésie"?
a) 7,1 L b) 0,00122 L c) 0,0611 L d) 0,122 L e) 0,242 L
7. Une bouteille de plastique contient 0,60 g d'azote, N2. Une autre bouteille de même grosseur
est remplie aux mêmes température et pression avec un gaz inconnu. Si la masse du deuxième
gaz est de 1,52 g, ce gaz peut être:
a) l'air b) Cl2 c) O2
d) CH4 e) CO2
8. Un ballon-sonde est gonflé à l'aide de 150 L d'hélium. La pression atmosphérique au sol est
alors de 102 kPa et la température est de 30°C. Le ballon éclate lorsqu'il se trouve à une
certaine altitude où la température est de –5°C et la pression de 50 kPa. Quel est le volume du
ballon juste avant son éclatement?
a) 270 L b) 346 L c) 51 L d) 65 L e) 83 L
9. Laquelle des substances suivantes possède la liaison la plus ionique?
a) H2
b) NaBr
c) Br2
d) Na
e) HBr
10. Parmi les substances suivantes, laquelle possède le point d'ébullition le plus faible?
a) NH3
b) H2O
c) HF
d) CH3OH e) CH4
11. Les chaleurs de formation du méthane, CH4, et propane, C3H8, sont données par les équations:
C(s) + 2 H2(g)  CH4(g)
H = -74,9 kJ
3 C(s) + 4 H2(g)  C3H8(g)
H = -103,8 kJ
Quelle est alors la chaleur de réaction de la transformation de 3 mol de méthane en 1 mol de
propane: 3 CH4(g)  C3H8(g) + 2 H2(g) ?
a) -178,7 kJ b) -328,5 kJ c) +120,9 kJ d) +28,9 kJ e) -28,9 kJ
12. Une solution de NaOH ayant un pourcentage massique de 12,0% possède une masse
volumique de 1,131 g/mL. Quel volume de cette solution contient 5,00 mol de NaOH?
a) 0,0240 L b) 1,67 L c) 1,47 L d) 1,00 L e) 0,177 L
13. Au fur et à mesure que la température d'une solution aqueuse augmente:
a) les solubilités de la plupart des solides augmentent, et celles de la plupart des gaz ne
varient pas
b) les solubilités de la plupart des solides diminuent, et celles de la plupart des gaz diminuent
c) les solubilités de la plupart des solides diminuent, et celles de la plupart des gaz
augmentent
d) les solubilités de la plupart des solides augmentent, et celles de la plupart des gaz
diminuent
e) les solubilités de la plupart des solides augmentent, et celles de la plupart des gaz
augmentent
14. Lequel des composés suivants est un alcool?
H
a) CH3
CO
CH3
b) CH3
C
O
c) CH3
OH
d) CH4
e) CH3
COOH
15. Les classes suivantes de molécules sont importantes en biologie. Laquelle contient de l'azote?
a) les acides gras b) les glucides c) les protéines d) les sucres e) les gras
16. Lequel parmi les métaux suivants est protégé par une couche superficielle d'oxyde qui est
presque imperméable?
a) Ag b) Al
c) Au
d) Fe e) Cu
17. Le chlorure de nitrosyle se décompose selon l'équation:
2 NOCl(g)  2 NO(g) + Cl2(g)
Un ballon rond contient au départ du NOCl pur à l’état gazeux sous une pression de 2,75 atm
à 400 K. Lorsque l'équilibre est atteint, la pression totale égale 3,58 atm. Quelle est alors la
valeur de la constante d'équilibre Kp?
a) 0,36 atm b) 0,16 atm c) 0,045 atm d) 1,93 atm e) 1,26 atm
18. Le procédé de Mond pour l'affinage du nickel implique la réaction exothermique
Ni(s) + 4 CO(g)  Ni(CO)4(g).
Si cette réaction est à l’équilibre à 200°C, laquelle des opérations suivantes ne produit aucune
réaction nette?
a) ajout de CO
b) ajout de Ni(CO)4
c) chauffage jusqu'à 250°C
d) diminution du volume
e) ajout de Ni
19. L'acide nitreux, HNO2, est un acide faible monoprotique en solution aqueuse; sa constante
d'équilibre acide Ka = 4,5 x 10–4 à 25°C. On peut conclure que sa base conjuguée, l'ion nitrite,
NO2–, est:
a) non-réactive envers les acides
b) une base forte
c) une base plus forte que l'ion hydroxyde, OH–
d) une base faible
e) une base plus faible que l'eau
20. A 50°C la constante d'ionisation de l'eau possède la valeur Kw = 5,5 x 10–14 mol2 L–2. Quel
est le pH d'une solution aqueuse neutre à 50°C?
a) 7,00 b) 13,26 c) 2,3 x 10–7 d) 1,0 x 10–7 e) 6,63
21. Dans laquelle des molécules suivantes, les atomes ne se retrouvent pas tous dans un même
plan?
a) CH4 b) C2H4
c) C6H6
d) H2O
e) H2CO
22. La codéine est dérivée de la morphine et est employée comme analgésique. Elle était
autrefois employée dans des sirops contre la toux en vente libre, mais maintenant elle n'est
disponible que sur ordonnance parce qu'elle crée une dépendance. La codéine est une base
faible monoprotique dont la formule est C18H21NO3 et la constante de basicité Kb est de 8,9 x
10–7. Quel serait le pH d'une solution qui contient 10,0 mg de codéine dissous dans 20,0 mL
d'eau?
a) 10,24 b) 9,59 c) 7,95 d) 6,05
e) 4,41
23. Lequel des énoncés suivants au sujet des réactions catalysées est exact?
a) L'énergie d'activation de la réaction catalysée est plus petite que celle de la réaction non
catalysée.
b) L'énergie d'activation de la réaction catalysée est plus grande que celle de la réaction non
catalysée.
c) Soit les réactifs soit les produits de la réaction catalysée sont différents de ceux de la
réaction non catalysée.
d) La chaleur de réaction de la réaction catalysée est plus petite que celle de la réaction non
catalysée.
e) La chaleur de réaction de la réaction catalysée est plus grande que celle de la réaction non
catalysée.
24. Le mécanisme accepté de la décomposition thermique de l'ozone (sans catalyseur) en présence
d'un excès d'oxygène est:
O3 === O2 + O (équilibre rapide)
O + O3  2 O2
(lent)
Quelle est la loi de vitesse selon ce mécanisme?
a) vitesse = k[O3]2/[O2]
b) vitesse = k[O2][O]/[O3]
c) vitesse = k[O3]/[O2][O]
d) vitesse = k[O3]
e) vitesse = k[O3]2
25. Lequel des énoncés suivants s'applique à une pile électrochimique dans laquelle se produit la
réaction 2 Al + 3 Co2+  2 Al3+ + 3 Co?
a) l'électrode du cobalt subit une diminution de masse
b) Co(s) est l'anode
c) Al3+(aq) est l'agent oxydant
d) Co2+(aq) + 2 e– Co(s) représente la réaction de réduction
e) Co2+ (aq) est l'agent réducteur
CONCOURS NATIONAL DE CHIMIE POUR LES ÉCOLES SECONDAIRES (1998)
PARTIE B - QUESTIONS A DÉVELOPPEMENT (Choisir 2)
Répondre à DEUX questions seulement sous forme de courts textes scientifiques. Toutes les
questions sont de valeurs égales. L'évaluation des textes sera basée sur l'exactitude
scientifique ainsi que la présentation des idées. Un texte clair, concis et bien structuré recevra
une meilleure évaluation qu'un texte long et confus qui contient les mêmes informations.
1. L'année 1997 a vu de nouveaux développements majeurs dans l'industrie pétrolière au large de
la côte est du Canada. Le premier échantillon de pétrole brut fut pompé du champ de pétrole
Hibernia (T.-N.), et le développement du champ de gaz naturel à l'Ile-de-Sable (N.-É.) fut
approuvé.
Identifier et écrire les structures de quelques molécules importantes qui se trouvent dans le pétrole
brut et dans le gaz naturel. Décrire les processus globaux employés dans la conversion du
pétrole brut ou de gaz naturel en carburants utiles, et commenter l'élimination des impuretés
indésirables des matières brutes. Discuter des processus chimiques impliqués dans la
combustion du pétrole et du gaz naturel, ainsi que la stoechiométrie requise pour une
combustion efficace. Expliquer comment le monoxyde de carbone peut être obtenu lors de la
mauvaise combustion des carburants hydrocarbures, et pourquoi les oxydes d'azote sont des
produits secondaires importants des moteurs diesel. Mentionner les effets possibles de ces
composés sur l'environnement.
2. L'eau est un liquide possédant de nombreuses propriétés exceptionnelles. Comparer ses
propriétés à celles d'autres liquides. Expliquer ces propriétés en faisant allusion à la structure
des molécules d'eau et aux forces entre ces molécules. Donner des exemples de l'importance
des propriétés de l'eau en chimie et en biologie.
3. Ces dernières années, plusieurs nouvelles formes de carbone élémentaire ont été découvertes.
Décrire les structures et comparer les propriétés des diverses formes de carbone, les plus
récentes comme les moins récentes.
OLYMPIADE INTERNATIONALE DE CHIMIE et INSTITUT DE CHIMIE DU
CANADA
Examen de sèlection conjoint 1998
PARTIE C: Questions à dèveloppement
60%
Durèe: 1,5 heures
Cette section comprend six (6) questions. L’étudiant(e) ne doit rèpondre qu’à quatre (4) de ces
questions, selon son choix, en 1,5 heures pour complèter l’examen. Chacune de ces 4 questions
vaut 15%.
Vos rèponses doivent être ècrites sur les feuilles fournies par le superviseur de l’examen.
Assurez-vous de numèroter clairement chaque question que vous tenterez de rèsoudre et ècrivez
votre nom en haut de chaque page. La prèsente page couverture doit être solidement brochèe à
vos autres feuilles de rèponses.
1. Un des tests utilisès pour èvaluer la qualitè de l'air sur des sites polluès est la dètermination de
la concentration du dioxyde de carbone, CO2, dans l'air. Au cours de cette analyse, un
èchantillon d'air de volume donnè est barbotè dans de l'eau de chaux [une suspension aqueuse
de Ca(OH)2] de maniére à ce que tout le CO2 soit prècipitè sous forme de carbonate de
calcium, CaCO3.
a) Un èchantillon de 10,0 L d'air, prèlevè à une tempèrature de 25,0 °C et à une pression
atmosphèrique de 98,66 kPa, a ètè traitè par cette mèthode et une masse de 0,0650 g de
CaCO3 a ètè obtenue. Calculez le pourcentage volumique de CO2 dans l'èchantillon d'air.
L'aciditè des eaux naturelles est influencèe par l'absorption de certains gaz. Sur des sites
o˘ les quantitès d'oxydes d'azote et de soufre sont nègligeables, l'aciditè des lacs et des
riviéres dèpendra surtout de l'absorption du dioxyde de carbone dans l'eau. Cela est
prècisèment le cas pour le site dont il est question à la partie (a) de ce probléme.
b) À partir des donnèes de la partie (a), et en assumant qu'un èquilibre a ètè atteint entre le
CO2 à l'ètat gazeux et le CO2 dissous, calculez le pH de l'eau d'un lac qui est localisè sur
ce site. Les valeurs des constantes approprièes à 25 °C sont:
KH(CO2) = 3,35  10–4 mol L–1 kPa–1 (Constante de la Loi de Henry pour le CO2)
Kb(HCO3–) = 2,24  10–8,
Kb(CO32–) = 2,14  10–4.
2. a) Le chlorure d’argent, AgCl, est trés peu soluble dans l’eau; sa constante du produit de
solubilitè, Kps, a la valeur suivante: Kps = 1,8  10–10 mol2 L–2.
i) Calculez la solubilitè du chlorure d’argent dans l’eau.
ii) Le chlorure d’argent sera-t-il plus soluble ou moins soluble dans une solution aqueuse
de chlorure de sodium, NaCl, que dans l’eau? Justifiez briévement votre rèponse; il
peut Ítre utile d’inclure des èquations chimiques.
iii) Le chlorure d’argent sera-t-il plus soluble ou moins soluble dans une solution aqueuse
d’ammoniac, NH3(aq), que dans l’eau? Justifiez briévement votre rèponse; il peut
Ítre utile d’inclure des èquations chimiques.
b) Soient les valeurs standard d’ènergie libre (Gibbs) de formation à 25 °C suivantes:
sulfate d’argent solide, Ag2SO4(s)
Gof= –618.5 kJ mol–1
chlorure d’argent solide, AgCl(s)
Gof = –109.8 kJ mol–1
ion chlorure aqueux, Cl–(aq)
Gof = –132.3 kJ mol–1
ion sulfate aqueux, SO42– (aq)
Gof = –744.6 kJ mol–1
À l’aide de l’information fournie ci-dessus, dèterminez le produit de solubilitè du sulfate
d’argent, Ag2SO4, à 25 °C.
3. Un flacon de 2,00 L contient un gaz, A2, à 0,100 kPa et 300 K. La rèaction photochimique
suivante:
A2(g) + h  2 A(g
a lieu quand le gaz est soumis à une radiation UV de 200 nm. Pour chaque photon absorbè,
une molècule de A2 rèagit.
a) En assumant que 1015 photons sont absorbès à chaque seconde, calculez la vitesse de cette
rèaction.
b) Calculez le temps de demie-vie de cette rèaction.
c) La variation de la concentration de A en fonction du temps peut Ítre suivie en mesurant
l’absorption UV-VIS de A à 400 nm dans une cellule à gaz dont le chemin optique est de 10,0
cm. Si la lecture d’absorbance est de 0,182 aprés 3,00 heures, calculez le coefficient
d’extinction molaire (l’absorptivitè molaire) de A.
4. Le diagramme d’ènergie ci-dessous peut être utilisè pour dècrire les orbitales molèculaires du
dioxygéne et du difluor, mais il ne peut pas être utilisè pour dècrire les orbitales molèculaires
des autres molècules diatomiques de la deuxiéme pèriode (B2, C2, N2). En fait, dans les
molècules de B2, C2 et N2, les orbitales atomiques 2p donnent lieu à un renversement du
niveau d’ènergie des orbitales molèculaires  et . Les orbitales molèculaires  liantes sont
alors à un niveau d’ènergie infèrieur à celui de l’orbitale .

h
f

j
2p
2p
e
Energy
i
g
2s
d
c
1s
b
a
O
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
5. a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
O2



2s


1s

O
Ècrivez la configuration èlectronique d’un atome d’oxygéne à l’ètat fondamental.
Ècrivez la configuration èlectronique de la molècule de dioxygéne à l’ètat fondamental.
Pourquoi les orbitales “e” et “i” ont-elles le même niveau d’ènergie?
Utilisez le diagramme d’ènergie ci-dessus pour dèterminer l’ordre de liaison des
molècules de dioxygéne et de difluor.
Dites si les molècules de dioxygéne et de difluor sont diamagnètiques ou
paramagnètiques.
Expliquez pourquoi le diagramme d’ènergie des orbitales molèculaires du dioxygéne ne
peut pas dècrire le caractére paramagnètique de la molècule diatomique B2.
En utilisant ces diagrammes d’ènergie, dèterminez l’ordre de liaison de chacune des
molècules diatomiques suivantes: CN, NN et NO?
Laquelle des molècules suivantes: CN, N2 et NO, posséde la plus forte ènergie
d’ionisation (EI)? Laquelle posséde la plus faible EI?
[IE(X) = Hof(X+) – Hof(X)]
Dessinez une structure pour le composè 2-chloro-3-mèthylhex-3-éne.
Indiquez l’hybridation sur les atomes de carbone 2 et 3.
Indiquez les valeurs approximatives des angles sur les atomes de carbone 2 et 3.
Donnez le nombre total de liaisons sigma () carbone-carbone dans la molècule.
Donnez le nombre total de liaisons pi () dans la molècule.
Combien y a-t-il d’atomes de carbone asymètrique dans la molècule?
Combien y a-t-il de stèrèoisoméres pour cette molècule?
Dessinez la reprèsentation tridimensionnelle de chacun des stèrèoisoméres et dècrivez la
stèrèochimie de chacun en utilisant correctement les notations R, S, E et Z.
6. Donnez les structures des composès B, C, D, E, F, G et H dans les rèactions suivantes:
E
HCl
C2H5Br
Mg dans l'èther
B
acètone
H2O
C
HCl
ZnCl2
NaOH
D
chaleur
HBr
CH3C
CH
CH3
CH3
F
H2O2
O3
Zn, H2O
G + H