Travaux pratiques - Olympiades de chimie

OLYMPIADES NATIONALES DE LA CHIMIE 2011
THEME : CHIMIE ET EAU
ACADEMIE D’AMIENS
REGION DE PICARDIE
THEORIE
NOTE
NOM
PRENOM
LYCEE
QUELQUES EAUX POTABLES OU NON POTABLES
Que signifie l’adjectif potable ?
Peut-être bu sans danger
A) L’EAU DISTILLEE (potable)
Pour réaliser vos expériences en TP, vous utilisez de l’eau distillée : pourquoi ?
Absence de molécule ou ion pouvant interférer dans les réactions
Pourquoi vos enseignants et vos techniciens vous conseillent de ne pas gaspiller l’eau
distillée ?
Sa production demande beaucoup d’énergie (distillation) et aussi de temps
Théoriquement, à part des molécules d’eau, quelles espèces chimiques peut-elle contenir et
par quelle équation ?
+
H3O et HO2 H2O = H3O+ + HOComment s’appelle cette réaction ?
Autoprotolyse
Quel est le pH théorique de cette eau à 25°c?
7,0
Elle est en contact avec l’air qui contient : N2 ; O2 ; Ar et CO2 . Quels sont leurs % respectifs ?
N2 : 78%
O2 : 21% Ar : 0,9% CO2 : 0,035%
Parmi ces gaz, lequel a des propriétés acido-basiques ?
CO2
Ecrire les couples acido-basiques correspondants :
CO2 + 2 H2O = HCO3- + H3O+
HCO3- + H2O = CO32- + H3O+
Quelle en est la conséquence sur le pH expérimental de l’eau distillée ?
pH acide < 7,0
environ 5,5
B) L’EAU DU ROBINET (potable car contrôlée)
Elle est plus ou moins dure. Que signifie cette dureté ?
Présence d’ions Ca2+ et Mg2+ ; dureté proportionnelle à leur concentration
Une méthode de dosage de la dureté utilise comme titrant l’EDTA. Que signifie ce terme ?
Ethylène Diammine TétrAcétique
Elle nécessite une solution tampon. Que contient une solution tampon ?
Un mélange acide/base conjugué selon Brönsted
Quelles sont les propriétés d’une solution tampon ?
Son pH ne varie pas à la dilution
Son pH varie peu lors de l’addition modérée d’acide fort ou de base forte
NH4+
Le tampon est ammonium/ammoniaque (pKA = 9,2). Ecrire l’équilibre.
+ H2O = NH3 + H3O+
Son pH est de 10,0. Quel est le constituant majoritaire ?
pH = pKA + log [NH3]/[NH4+] = 10
le log >0 donc NH3 majoritaire
L’eau du robinet ne doit pas contenir plus de 50 mg de nitrate par litre. Quelle est la
propriété principale du nitrate ?
Oxydant
L’hémoglobine du sang contient du fer II. Quelle peut-être l’action du nitrate sur le fer II ?
Oxydation du Fe2+ en Fe3+
C) L’EAU PERMUTEE (potable)
L’eau du robinet contient toujours des hydrogénocarbonate HCO3- en équilibre avec l’ion
carbonate et le dioxyde de carbone. Ecrire cet équilibre.
2 HCO3 = CO32- + CO2 + H2O
Quelles sont les propriétés acido-basiques respectives de ces trois espèces chimiques ?
CO2 : diacide faible CO32- : dibase faible HCO3- : ampholyte (acide et base)
Cet équilibre est responsable de la formation de concrétions (précipités) dans certaines grottes.
Comment s’appellent-elles ? Quel élément y est associé ?
Stalactites et stalagmites en CaCO3 l’élément calcium
Le même phénomène a lieu dans les parties chaudes des appareils électroménagers utilisant
l’eau du robinet trop dure. Pour l’éviter, des résines échangeuses d’ions (adoucisseur)
rechargées en chlorure de sodium échangent l’élément peu soluble contre un plus soluble.
Ecrire cet échange.
R = résine
Na-R-Na + Ca2+ = R-Ca + 2 Na+
D) L’EAU DE VIE (potable avec modération)
Au départ, c’est un jus de fruit contenant des sucres (glucose, fructose…). Soit le glucose
C6H12O6 . Quelle est sa masse molaire ? En g mol-1 C : 12
H:1
O : 16
6 x 12 = 72 12 x 1 = 12 6 x 16 = 96
72 + 12 + 96 = 180 g
Le glucose est produit par photosynthèse. Expliquer ce terme.
Nécessite l’énergie de photons
Les réactifs sont l’eau et le dioxyde de carbone. Ecrire l’équation de la réaction. Quel est
l’autre produit formé ?
6 CO2 + 6 H2O = C6H12O6 + 6 O2 (g)
du dioxygène gaz
Comment s’appelle la réaction inverse ?
La combustion (ou l’oxydation)
La fermentation du glucose produit de l’alcool éthylique ainsi qu’un gaz éteignant une
flamme. Ecrire l’équation bilan.
C6H12O6 = 2 CH3CH2OH + 2 CO2 (g)
Le jus fermenté contenant l’alcool éthylique doit être conservé à l’abri de l’air. Il peut
s’oxyder en aldéhyde puis en acide carboxylique. Quels sont les formules de ces deux
composés et quels sont leur groupe fonctionnel ?
CH3CHO et CH3COOH
-CHO et -COOH
Le jus fermenté est distillé. Proposer un schéma de cette distillation.
E) L’EAU DE CHAUX (non potable)
Elle est à base de CaCO3 calciné à 700°c. Ecrire l’équation de la réaction produisant de la
chaux vive et du dioxyde de carbone.
CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2 (g)
Cette chaux vive est mise en présence d’eau pour former de la chaux éteinte (dihydroxyde de
calcium) ; peu soluble dans l’eau. Ecrire l’équation de la réaction.
CaO(s) + H20 = Ca(OH)2 (s ou aq)
On obtient l’eau de chaux en éliminant l’excès de solide par filtration. Quelles sont ses
propriétés acido-basiques ?
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 HOtrès basique
Cette eau détecte le CO2. Ecrire l’équation de la réaction et décrire le phénomène observé.
CO2 diacide réagit sur 2 HO- : Ca2+ + 2 HO- + CO2 = CaCO3 (s) + H2O
On observe un précipité blanc de CaCO3 (s)
F) L’EAU DE JAVEL (non potable : danger)
Elle est produite par l’électrolyse d’une solution concentrée de chlorure de sodium.
Définir les termes anode et cathode et y associer les pôles + ou -.
Anode = oxydation pôle +
Cathode = réduction pôle Ecrire l’équation de la réaction au pôle +. Quel est le produit formé ?
2 Cl- = Cl2 (g ou aq) + 2 eQuelles sont les deux réactions possibles au pôle - ? (sont présents H2O et Na+). Quels sont
les produits réellement formés ?
Na+ + e- = Na(s) impossible en milieu aqueux
2 H2O + 2 e- = H2 (g) + 2 HOOn constate un dégagement de dihydrogène gaz et un milieu très basique
L’eau de javel résulte de la dismutation du dichlore en milieu HO-. Qu’est-ce qu’une
dismutation ?
Une espèce chimique qui à la fois s’oxyde et se réduit
Ecrire l’équation de la réaction (il se forme les ions chlorure et hypochlorites en milieu HO-).
Cl2 + 2 HO- = Cl- + ClO- + H2O
Cette réaction est réversible en milieu acide. Quel est son danger ?
Dégage du dichlore gaz très dangereux
Quelles sont les propriétés principales de l’eau de javel ?
Très oxydantes ; désinfectantes et décolorantes
G) L’EAU OXYGENEE (non potable : danger)
Quelle est sa formule ?
H2O2
Quels sont ses autres noms (nomenclature ou autre) ?
Dioxyde de dihydrogène ou peroxyde d’hydrogène
Elle est instable. Quels sont les produits de sa décomposition ? Ecrire l’équation bilan.
Eau et dioxygène
H2O2 = H2O +1/2 O2
Une eau oxygénée à 110 volumes peut dégager 110 litres de dioxygène gaz par litre de
solution. Quelle est sa concentration en mol L-1 ? (On prendra 22 litres pour volume molaire
d’un gaz).
110 L = 5 mol de gaz donc 10 mol L-1 en H2O2
La décomposition peut être catalysée. Qu’est-ce qu’un catalyseur et ses propriétés ?
Un catalyseur participe à la réaction ; l’accélère et se régénère à la fin. Il est inutile dans
l’équation bilan et ne change pas une constante d’équilibre
L’eau oxygénée décompose l’acide tartrique COOH-CHOH-CHOH-COOH. Quels groupes
reconnaissez-vous dans la formule et quel est son nom selon la nomenclature ?
Alcool et acide carboxylique
Acide 2,3hydroxybutanedioïque (2,3 diol accepté)
Possède-t-il des carbones asymétriques et lesquels ?
Oui les 2 centraux (4 substituants différents)
H) L’EAU DE MER (potable par nécessité si perdu en mer mais pendant un
temps très court….il est préférable d’attendre la pluie !)
Elle est très salée. Sa concentration en chlorure est-elle obligatoirement égale à celle du
sodium ? Pourquoi ?
Non : l’eau de mer a solubilisé différents chlorures et sels de sodium en quantités variables.
De plus, HCl gaz se dégage dans le fond des océans. [Cl-] légèrement supérieure à [Na+]
Un célèbre dosage des chlorures dit : méthode de MOHR fait intervenir deux précipités : un
blanc d’AgCl et l’autre rouge de Ag2CrO4 . Sauriez-vous le décrire ?
Quelques gouttes de K2CrO4 (aq) sont ajoutées à la solution de chlorure. Le titrage se fait par le
nitrate d’argent. Les Ag+ précipitent d’abord les chlorures (AgCl(s) blanc). Quand il n’y a plus
de chlorure, les Ag+ supplémentaires précipitent Ag2CrO4(s) rouge qui visualise le volume
équivalent
MERCI DE VOTRE PARTICIPATION ET QUE LE MEILLEUR GAGNE