Concours national commun 2020 Epreuve de chimie MP Le palladium : Propulsé sur les sommets en toute discrétion Proposé par Ahmed NARJIS NARJIS / ERA marrakech Partie 1 : Cristallographie 1. La maille CFC du palladium en perspectif: Nombre de motifs : N = 4 motifs par maille en effet : 8 atomes aux sommets du cube « chacun est commun à 8 mailles » 6 atomes aux centres des faces « chacun est commun à 2 mailles » 1 1 N = 8. + 6. = 4 8 2 2. Coordinence: Chaque particule a 12 proches voisins à la distance 3. la masse volumique : ρ = NM a3 N a a 2 = 2r . 2 en Kg.m-3 1 N M 3 a= ρ Na A.N : a = 389,1 pm 4. Le contact se fait selon la petite diagonale ; a 2 = 4r A .N : r = 137, 6 pm Partie 2 : 1. Le palladium dans le tableau périodique 1.1. Le palladium est situé dans : La 5ème ligne ( nmax = 5 ). La 10ème colonne ( 0 + 10 ). 1.2. La configuration électronique complète : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d10 Le numéro atomique est donc : Z = 46 1.3. La configuration du palladium (…)5s04d10 ne respecte pas la règle de Klechkowsky . La stabilité provient du fait que l’orbitale atomique 4d est totalement remplie. 1 sur 3 Concours national commun 2020 Epreuve de chimie MP 1.4. Le platine est l’élément qui possède des propriétés chimique analogue au palladium car ils appartiennent à la même famille ( même colonne). 1.5. Le carbone : 6C : 1s22s22p2. Le degré d’oxydation minimum du carbone est – 4 (-IV) ( comme dans CH4). Le degré d’oxydation maximum du carbone est + 4 (+IV) ( comme dans CO2). 2. Réduction de l’oxyde d’argent par le palladium : 2.1. Ag 2O( s ) 2.2. ∆ r G3o (T ) = + Pd ( s ) ⇌ PdO( s ) + 2 Ag ( s ) (3) = (2) − (1) 2 ∆ r G2o (T ) − ∆ r G1o (T ) 2 ∆ r G3o (T ) = −81, 69 + 0, 036T ∆ r G3o (1000 K ) = −46,19 kJ / mol o 3 K (1000 K ) = e − ∆ r G3o (1000 K ) RT K 3o (1000 K ) = 3, 9.10−3 Cette réaction est très défavorisée pour 1000K. Remarque : Cette réaction ne fait intervenir que des solides, les réactifs forment une solution solide idéale. Dans ce cas l’activité de chaque solide i représente sa fraction molaire xi ; (l’activité différent de 1). µi (T , P) = µi*o (T ) + RT ln xi µi*o (T ) : représente le potentiel standard du solide i dans la phase solide. 2.3. 2.4. ∆ r H 2o − ∆ r H1o 2 ∆ r H 3o = −81, 69 kJ / mol ∆ r H 3o = C’est une réaction exothermique. Le rendement diminue avec l’augmentation de température. Si on augmente la température la vitesse augmente. Commentaire : La réaction devient défavorisée thermodynamiquement à haute température. Donc on doit : - Travailler à basse température. - Choisir un catalyseur bien adapté. - Augmenter la surface de contact entre les deux réactifs. Pour cela on utilise des réactifs subdivisés formant une solution solide homogène. 2.5. La pression est pratiquement sans influence ; le système ne contient que des solides . 2 sur 3 Concours national commun 2020 Epreuve de chimie MP 3. Extraction du palladium : 3.1. Le nombre d’oxydation du palladium dans : n.o (Pd) 3.2. Pd 2 + + 2e − : ∆ r G1o = −2 FE1o CO2( g ) ⇌ HCOOH ( aq ) + Pd 2+ 3.3. Pd(OH)2(s) PdO2(s) +II +IV Pd ( s ) ⇌ + HCOOH ( aq ) Pd2+ +II Pd(s) 0 ⇌ 2 H + + 2e − + + Pd ( s ) + 2 H + CO2( g ) : ∆ r G2o = +2 FE2o : ∆ r G o = 2 F ( E2o − E1o ) = − RTLnK o + 0, 03log Pd 2 + EPd 2+ / Pd = E1o 2 o 2 ECO2 / HCOOH = E ( 2 F E1o − E2o 3.4. o K =e RT H + PCO2 + 0, 03log [ HCOOH ] P o ) 2( 0,99 + 0,20 ) 0,06 = 10 = 4, 64.1039 Réaction quantitative 3.5. Le degré d’oxydation augmente du bas vers le haut et donc : D4 : domaine d’existence de PdO2(s). n.o(Pd) = +IV D1 : domaine d’existence de Pd(s). n.o(Pd) = 0 2+ D2 : domaine de prédominance de Pd . n.o(Pd) = +II stable en milieu acide D3 : domaine d’existance de Pd(OH)2(s). n.o(Pd) = +II stable en milieu basique 3.6. K s = Pd 2 + OH − = C. 3.7. PdO( s ) + H 2O ⇌ 3.8. 3.9. 2 K e2 2 H f + = C.102 pH − 2 pKe = 9,55.10−32 Pd 2+ + 2OH − K 'o = Ks = 9,55.10−32 Ce solide est très faiblement soluble dans l’eau à 25°C. En superposant le diagramme E-pH de l’eau à celui du palladium, on voit que le palladium est stable dans l’eau. Il est donc utilisé en bijouterie. C’est un réducteur relativement faible. 3 sur 3
