Résolutions des olympiades de 2009

Olympiade francophone de chimie 2009 :
1ère épreuve – Niveau 1 – Correctif
1. Question 1
Etant donné que le germanium (Ge) est dans la même colonne que le carbone, cela implique qu’il
possède 4 électrons de valence.
a) GeO2 (analogie avec CO2). L’oxygène possédant 2 électrons de valence, il faut 2 atomes
d’oxygène pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium.
b) GeS2 (analogie avec SO2). Le souffre possédant 2 électrons de valence, il faut 2 atomes de
souffre pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium.
c) GeCl4 (analogie avec CCl4). Le chlore possédant 1 électron de valence, il faut 4 atomes de
chlore pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium.
2. Question 2
a) Etant donné qu’une molécule de méthane renferme un atome de C : A - 4
b) Si on calcule le nombre de moles de méthane : n =
3.10 23
N
= 0,5 mole de méthane. Dès
=
N A 6.10 23
lors, B - 1
c) Une molécule de méthane renferme 4 atomes d’hydrogène : C – 2
d) La masse de 2 moles de molécules de méthane = (2 moles).(16 g/mol) = 32 g : D – 3
3. Question 3
Nous savons que l’atome d’hydrogène possède 1 électron, 1 proton et 0 neutron.
Si l’atome X a une masse atomique 16 fois plus grande que celle de l’hydrogène, cela implique qu’il
possède 16 nucléons (protons + neutrons). Vu que la charge du noyau est 8 fois plus grande, cela
implique qu’il possède 8 protons, dès lors, il possède 8 neutrons. Par ailleurs, un atome étant
électriquement neutre, l’atome X doit posséder 8 électrons.
Les affirmations a et b sont donc fausses et les affirmations c et d sont vraies.
4. Question 4
a) Faux, la masse atomique nous renseigne sur le nombre de nucléons ce qui ne nous permet
pas de déduire le nombre de couches électroniques.
b) Vrai. Le nombre de couches électroniques est celui de la période.
c) Faux. Le numéro de la famille nous renseigne sur le nombre d’électrons célibataires mais pas
sur le nombre de couches électroniques.
d) Faux. L’électronégativité est la capacité d’un atome à attirer des électrons. Elle ne nous
permet pas de déduire le nombre de couches électroniques.
Olympiades de chimie – correctif – 2009 première épreuve 5ème – A. De Bont pour ScienceInfuse
5. Question 5
- Première partie
a) Vrai. On constate que les trois atomes possèdent 6 électrons. Par contre, ils possèdent
respectivement 12, 13 et 14 nucléons. Etant donné qu’un atome est électriquement neutre,
chacun des atomes possède 6 protons. Dès lors, le nombre de neutrons des atomes est
respectivement 6, 7, 8. Ce sont donc des isotopes.
b) Vrai. Ils ont tous le numéro atomique 6.
c) Vrai. Voir point a.
d) Faux. Voir point a.
e) Faux. Voir point a.
f) Vrai. Ce sont tous des isotopes de l’élément carbone.
-
Deuxième partie
Le premier élément possède 6 neutrons, 6 protons et 6 électrons. Le deuxième élément, quant à lui,
possède 7 protons, 7 électrons et 6 neutrons.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Faux. Ce ne sont pas les mêmes éléments chimiques (nombre de protons différents).
Faux. Le numéro atomique du premier élément est 6, celui du deuxième est 7.
Faux. Le premier possède 6 protons et le deuxième 7.
Vrai. Ils en possèdent 6 chacun.
Faux. Le premier en possède 12 et le second 13.
Faux. Ils ont des nombres de protons différents.
6. Question 6
Réponse A.
7. Question 7
Examinons les différents composés qui peuvent être formés : PBr3, CO2, Li2O, AlCl3 et NH3.
Identifions, dans un premier temps, les composés ioniques et les composés covalents :
-
Composés covalents :
o PBr3 (χ(P) = 2,19 et χ(Br) = 2,96)
o CO2 (χ(C) = 2,55 et χ(O) = 3,44)
o NH3 (χ(N) = 3,04 et χ(H) = 2,2)
-
Composés ioniques :
o LiO2 (χ(Li) = 0,98 et χ(O) = 3,44
o AlCl3 (χ(Al) = 1,61 et χ(Cl) = 3,16
Parmi les composés ioniques, celui qui présente la plus grande différence d’électronégativité entre
les atomes le constituant est LiO2. Dès lors, c’est LiO2 (oxyde de lithium) qui est le plus susceptible de
former un composé ionique binaire.
Olympiades de chimie – correctif – 2009 première épreuve 5ème – A. De Bont pour ScienceInfuse
8. Question 8
A – 2 : P4 est un corps simple car il est constitué d’un seul élément (le phosphore).
B – 3 : CO2 est un composé binaire car il est composé de deux éléments.
C – 4 : NaHCO3 possède un anion (HCO3-) polyatomique, en effet il est constitué de plusieurs
éléments (H, C et O).
D – 1 : NH4Cl possède un cation (NH4+) polyatomique.
9. Question 9
Formule
Nom
Fonction
CO2
Dioxyde de carbone
Oxyde
Ca3(PO4)2
Phosphate de calcium
Sel (produit d’une réaction acide-base)
NaHSO4
Hydrogénosulfate de sodium
Sel (produit d’une réaction acide-base)
FeCl3
Chlorure de fer (III)
Sel (produit d’une réaction acide-base)
Cu(OH)2
Hydroxyde de cuivre
Base
10. Question 10
a) L’air (comprimé ou non) est principalement composé d’oxygène et d’azote de deux
éléments.
b) L’azote liquide est composé d’un seul élément : l’azote.
c) Le sel de table est composé de Na+ et de Cl- (NaCl).
d) La soude caustique est composée des éléments Na, O et H (NaOH).
e) La mine de crayon est composée d’un seul élément : le carbone.
f) L’esprit de sel est composé des éléments suivants : H et de Cl (HCl).
Les réponses correctes sont donc b et e.
11. Question 11
Réponse C. En effet, les coefficients indiquent le rapport selon lequel les réactifs vont réagir mais on
peut en engager des quantités quelconques. Dans le cas où les réactifs ne sont pas engagés en
quantité stœchiométrique, nous aurons un excès-défaut.
12. Question 12
O2 + NO2 NO + O3
2 NO2 + O3 O2 + N2O5
N2O5 + H2O 2 HNO3
Olympiades de chimie – correctif – 2009 première épreuve 5ème – A. De Bont pour ScienceInfuse
13. Question 13
Le graphique A. En effet, sur ce graphique, si l’on se positionne sur l’axe des x au niveau 4 (c’est-àdire masse de S = 4g), on trouve sur l’axe des y la valeur 7 (c’est-à-dire 7 g de soufre). Cela
correspond bien aux valeurs fournies dans l’énoncé.
14. Question 14
a) 2 NH3 + 5/2 O2 2 NO + 3 H2O
b) Afin de pouvoir déterminer le réactif limitant, nous allons déterminer le nombre de moles de
chacun des réactifs :
n(NH3) =
n(O2) =
40 g
= 2,35 moles
17 g / mol
50 g
= 1,56 moles
32 g / mol
Nous voyons dès lors que l’oxygène est le réactif limitant.
n(NO) =
2
.n (O2) = 1,25 mol
2,5
Dès lors, m(NO) = (1,25 mol).(30 g/mol) = 37,5 g
15. Question 15
Réponse a. Nous savons qu’un litre d’eau contient 1000 g d’eau.
Dès lors, n(eau) = 1000 g = 55,56 mol.
18 g / mol
Etant donné que l’on a 55,56 mol dans un litre d’eau, la concentration molaire est de 55,56 mol/L.
Olympiades de chimie – correctif – 2009 première épreuve 5ème – A. De Bont pour ScienceInfuse
16. Question 16
Nous savons que la concentration pour laquelle la solution est saturée est 4,5.10-2 mol/L. Calculons
la concentration de chacune des solutions :
-
Solution 1 : C =
0,1mol
= 2 mol/L la solution est saturée ;
0,05L
-
Solution 2 : C =
8.10 −2 mol
= 4.10-2 mol/L la solution n’est pas saturée ;
2L
-
−2
Solution 3 : C = 4,5.10 mol = 4,4.10-1 mol/L la solution est saturée ;
0,1L
2,5mol
= 6,25.10-4 mol/L la solution n’est pas saturée ;
Solution 4 : C =
4000 L
10 −3 mol
Solution 5 : C =
= 0,1 mol/L la solution est saturée.
10 − 2 L
17. Question 17
a) KNO3 : si l’on se positionne à x = 80°C, on constate que c’est pour le nitrate de potassium que
l’on obtient la valeur de solubilité (y) la plus importante.
b) Nous devons trouver la température (axe des x) pour laquelle les valeurs de solubilité (y) de
NaCl et KNO3 sont équivalentes les courbes se croisent. Nous observons que cela
correspond à la température de 30°C.
c) A 60°C, la solubilité du KNO3 est de 100 g/100 mL. Dans la solution de 250 mL, nous avons
donc mis 250 g de KNO3 pour atteindre la saturation. Nous prélevons 25 mL de la solution et
nous la refroidissons à 40°C. A cette température, la solubilité est de 60 g/100 mL. Une
solution de 25 mL peut donc contenir, au maximum, 15 g de KNO3 en solution. Etant donné
que notre solution de départ en contient 25 g, 10 g de KNO3 vont précipiter.
Olympiades de chimie – correctif – 2009 première épreuve 5ème – A. De Bont pour ScienceInfuse