Olympiades de chimie 2006-2007 : Chimie, Transport et

Académie de Rennes
Olympiades de chimie 2006-2007 :
Chimie, Transport et Développement Durable
Concours régional
Durée 2h45
NOM :
Prénom :
Lycée :
Classe :
NB : Le sujet s’inspire des différents TP et de la Conférence. Les questions sont indépendantes.
Les réponses (pas de calculs sur la copie) doivent exclusivement être données dans les emplacements prévus à
cet effet sans trop de développements.
Les calculatrices sont autorisées.
1ère partie : Les Biocarburants
UN BIOCARBURANT : LE DIESTER
« Diester est la contraction des mots Diesel et ester. Il est produit à partir de l’huile
de colza, résultant de la trituration des graines de ce végétal. L’huile […] subit une
transestérification par action du méthanol ; cette transformation peut être
schématisée de la façon suivante : le trilinoléate de glycéryle de l’huile réagit avec le
méthanol, il se forme du Diester et du glycérol.
Les caractéristiques du Diester (qui est en fait un monoester méthylique) sont très
proches de celles du gazole, de sorte qu’il peut être utilisé dans les voitures de
tourisme mélangé au gazole à hauteur de 5% et jusqu’à 50% dans les moteurs plus
puissants.
L’ester d’huile de colza (ou Diester) est plus respectueux de l’environnement que le
gazole seul, puisqu’il émet sensiblement moins de fumée et ne contient pratiquement
pas de soufre.
Le dioxyde de carbone rejeté lors de la combustion des biocarburants correspond à
la quantité absorbée lors de la croissance des végétaux. Il n’augmente donc pas
l’effet de serre. De plus, la présence d’oxygène dans les molécules de biocarburant
améliore leur combustion et diminue le nombre des particules dues aux
hydrocarbures imbrûlés, ainsi que le monoxyde de carbone.
Cependant, une utilisation irraisonnée d’engrais entraînant une pollution des sols et
des eaux peut contrebalancer le bilan écologique positif lié à la combustion des
biocarburants.
Mais le principal obstacle à sa généralisation est son coût qui ne peut le rendre
compétitif sans subvention. »
D’après site Web : www.hespul.org/biocarburant.html.
-1-
Données :
Méthanol
Formule brute
CH4O
Trilinoléate de glycéryle
(huile de colza)
C57H98O6
Diester
C19H34O2
O
Formule semidéveloppée
CH3 – OH
H2C
O
C
O
C17H31
HC
O
C
C17H31
H2C
O
C
C17H31
C17H31
C
O
O
O
Masse volumique à
25°C en g.cm-3
Masse molaire en
g.mol-1
0,79
0,82
0,89
32
878
294
98
7
Indice de viscosité
NB : l’indice de viscosité du carburant diesel (le gazole) utilisé en France est de 5.
1. Le Diester, un ester utilisé comme carburant
(12 points)
On admettra que l’huile de colza est constituée uniquement de trilinoléate de glycéryle, ce
dernier étant le triester du glycérol et de l’acide linoléique.
La transformation industrielle du trilinoléate de glycéryle en Diester est réalisée en le
faisant réagir, à chaud et en présence d’ions hydroxyde (qui catalysent la réaction) avec
du méthanol. Equation de réaction :
C57H98O6
+
trilinoléate de glycéryle
1.1.
3 CH3OH
=
méthanol
C3H8O3
glycérol
+
3 C19H34O2
Diester
Recopier la molécule de trilinoléate de glycéryle et nommer les fonctions
chimiques caractéristiques de cette molécule (1,5 points)
3 fonctions esters
1.2.
Expliquer pourquoi un moteur de voiture diesel classique ne peut pas
fonctionner avec de l’huile de colza (1,5 points)
La viscosité de l’huile de colza est trop importante
-2-
CH3
1.3.
En déduire le rôle de la trans-estérification (1,5 points)
La transestérification permet de produire du diester de viscosité proche de celle du gazole
1.4.
On veut synthétiser le Diester à partir d’un litre d’huile de colza en respectant
les proportions stoechiométriques indiquées par l’équation.
1.4.1. Déterminer la quantité de matière de trilinoléate de glycéryle contenue
dans un litre d’huile de colza (1 point)
n(huile) = ρV/M = 0.821x 1000/878 = 0.93mol
1.4.2. Donner les caractéristiques de cette transformation sachant qu’elle est
similaire à une réaction d’estérification classique (1,5 point)
Elle est équilibrée (donc non totale) ; lente et athermique
1.4.3. Le rendement de cette réaction
Calculer
la
quantité
de
matière
En déduire la masse de diester (1 point)
Pour 100% : n (diester)= 3 n(huile) = 2.8mol
n’est que de 50%.
de
diester
obtenue.
=> pour 50% : n(diester) = 1.4mol
m(diester) = n(diester) * M(diester) = 411g
1.5.
Citer les avantages et les inconvénients de ce biocarburant (2 points)
Au moins un de chaque :
Avantages : carburant d’origine végétale ; « énergies renouvelables » (obtenus à partir de la
biomasse) ; …..
Inconvénients : nécessite une production agricole avec besoin en engrais, en pesticides … ;
nécessite une transestérification, très coûteuse en énergie…
1.6.
Citer un biocarburant solide et un biocarburant gazeux (2 points)
solide : paille , charbon, betterave…
gaz : H2, CH4, gazogène
-3-
2. Contrôle d’alcoolémie (5 points)
Environ 1/2 heure après avoir été consommé, l'alcool parvient dans l'intestin grêle où il passe dans le
sang. Le cœur propulse le sang veineux vers les poumons pour qu'il s’y oxygène. Dans les alvéoles
pulmonaires, les échanges gazeux s'effectuent: le sang se charge en dioxygène et se libère du
dioxyde de carbone ainsi que d'une partie de l'alcool. Ces vapeurs sont expirées dans l'air. L'air
alvéolaire est environ 2000 fois moins concentré en alcool que le sang.
Dans les stations services ou en pharmacie, on peut acheter des alcootests jetables. Ils sont
constitués d'un sachet gonflable de capacité 1L et d'un tube en verre contenant des cristaux
jaunes de dichromate de potassium en milieu acide. Ceux-ci se colorent en vert au contact
de l'alcool. L'automobiliste souffle dans le ballon et fait passer l'air à travers le tube. Si la
coloration verte dépasse le trait témoin sur le tube, le seuil toléré des 0,5g.L-1 est dépassé.
Données : couples : CH3COOH/CH3CH2OH et Cr2O72- / Cr3+
2.1 Ecrire l'équation de la réaction responsable du changement de couleur (2 points)
2 fois { Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- = 2 Cr3+ + 7 H2O }
3 fois { CH3-CH2OH +H2O = CH3-COOH + 4 e- + 4H+}
2 Cr2O72- + 16 H3O+ + 3 CH3-CH2OH = 4 Cr3++ 27 H2O + 3 CH3-COOH
2.2 Quelle est l'espèce oxydée? Quelle est l'espèce réduite? (1 point)
L’alcool est oxydé et le dichromate est réduit
2.3 Déterminer la quantité (mol) d'alcool expiré par litre d'air dans l'hypothèse d'une
alcoolémie de 0,5 g d'alcool par litre de sang. M(éthanol) = 46 g.mol-1 ) (1 point)
Csang = n/V = 0,5/46/1= 0,0109 mol/L donc cair = 5,45.10-6 mol/L soit n = 5,45.10-6 mol
2.4 En déduire la masse de dichromate de potassium devant être placée avant le trait de
jauge afin que celui-ci indique le seuil limite des 0,5g d'alcool par litre de sang. (1 point)
M(K2Cr2O7) = 294 g.mol-1
D’après l’équation on a :
n(alcool)/3 = n(Cr2O72-)/2 soit n(Cr2O72-) = 3,63.10-6 mol et m = 1,07mg
3. Fermentation et degré alcoolique
(3 points)
3.1 Le whisky est obtenu par fermentation de céréales : écrire l’équation bilan de la réaction
de fermentation alcoolique au départ du glucose (C6H12O6), en milieu anaérobie et en
présence de levures (1 point) :
C6H12O6 = 2CH3-CH2OH +2 CO2
-4-
3.2 La concentration en éthanol dans une boisson est indiquée en pourcentage volumique.
Ainsi, dans un litre de whisky à 40 % d'alcool, par exemple, il y a 0,4 litre d'alcool pur et 0,6
litre d’eau. Calculer le pourcentage massique et le pourcentage molaire d’éthanol dans le
whisky ; (2 points)
ρalcool=0,788 kg.L-1 ρeau=1,000 kg.L-1 - masses molaires : Malcool= 46 g.mol-1 Meau=18 g.mol-1
Le plus simple est de raisonner sur un échantillon d’un litre
V alcool = 400 mL et Veau = 600mL
meau = 600g et malcool= 315,2 donc les % en masse sont 34,4% (alcool) et 65,6% (eau)
n(alcool) = 315.2/46 = 6.85 et n(eau) = 33.33 soit 83,0% d’eau et 17,0% d’alcool en moles
2ème partie : Le PET
(20 points)
Cocher la bonne réponse
A- Questions sur le développement
durable (6 points)
x
1- Quelle est l'énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde par l’homme ?
Le solaire
L’hydroélectricité
X
L’éolien
2- Quelle est la part d'eau douce disponible sur Terre ?
3%
X
12%
24%
3- Quelle est la 1ère cause de mortalité au monde ?
la faim
l'eau contaminée
X
le sida
4- Quelle est la filière de recyclage la plus développée en France ?
celle du papier
celle du plastique
celle du verre
5- Combien de tonnes de bois économise-t-on en recyclant 1 tonne de papier ?
2 tonnes
X
4 tonnes
6 tonnes
6- En France la production d'ordures ménagères par personne et par jour est de ?
1 kg
X
2 kg
3 kg
7- Dans la masse totale des déchets, les matières plastiques représentent ?
12%
X
15%
18%
8- Quel est le pourcentage des matières plastiques recyclées dans le gisement potentiel ?
15%
X
20%
25%
9- Les Scientifiques évaluent les émissions de gaz à effet de serre que nous rejetons
aujourd'hui dans l'atmosphère à ?
14 milliards de t.
28 milliards de t.
-5-
X
35 milliards de t.
X
10- En quelle année le 1er sommet de la Terre, organisé par les Nations Unies, consacre le
terme « développement durable » ?
1992
X
1997
2000
11- En quel lieu le 1er sommet de la Terre consacre le terme « développement durable » ?
Bâle
Kyoto
Rio de Janeiro
X
12- Le Conseil de l’Union Européenne a adopté, le 18 décembre 2006, la nouvelle législation
sur les produits chimiques afin d’améliorer la protection de la santé humaine et de
l’environnement. Sous quel acronyme est désignée cette législation, qui concerne l’évaluation
et l’autorisation des substances chimiques commercialisées dans l’UE ?
REACH
B- Questions sur les polymères
1- Un polymère est caractérisé par une abréviation, son nom, un motif et possède des
applications (4,5 points)
Compléter le tableau proposé, avec entre autre les applications suivantes :
a = pot à yaourt
b = Tuyau d’évacuation des eaux usées
c = pissette souple
d = revêtement antiadhésif
e = meuble transparent
f = cordage
Abréviation
Nom
PP
Polypropylène
PE
PMMA
Motif
CH3
polyéthylène
CH2
CH
CH2
CH2
PTFE
c
n
CO2-CH3
polyméthacrylate de
méthyle
CH2
Polystyrène
Chlorure de polyvinyle
n
a
CH
n
Cl
Polytétrafluoroethylène
-6-
e
C
C6H5
CH2
PVC
f
n
CH3
PS
Application
CH2
CH
CF2
CF2
b
n
d
n
2- Un échantillon de polyéthylène a une masse molaire de 500 kg/mole. Quel est son degré
de polymérisation DP ? (0,5 point)
M(C) = 12,0 g/mole
M(H) = 1,00 g/mole
DP = 179 102
3- La combustion très exothermique des plastiques facilite la combustion des autres déchets
auxquels ils sont mélangés ; ce qui diminue la quantité de combustible nécessaire au
fonctionnement des usines d'incinération. Ecrire l'équation chimique de la combustion
complète du polyéthylène (1 point)
CH2
CH2
+
3n O2
2n CO2 +
n
2n H2O
4- Définir et préciser la structure : d’un matériau thermoplastique, d’un matériau
thermodurcissable. Donner un exemple de polymère de chacune de ces deux familles.
Lequel peut-être recyclé le plus facilement ? (3 points)
Définition et structure
ƒ Ramollit à la chaleur
ƒ Matériau thermoplastique
ƒ Quel matériau est le plus
facile à recycler?
PE, PP,….
ƒ Linéaire
ƒ Durcit à la chaleur
ƒ Matériau thermodurcissable
Exemple
polyuréthane
ƒ Tridimensionnel
Thermoplastiques
5- Ecrire la formule de l'acide benzène-1,4-dicarboxylique (ou acide téréphtalique), puis celle
de son ester méthylique le téréphtalate de diméthyle (DMTP) (2 points)
Acide benzène-1,4-dicarboxylique
HO2C
Téréphtalate de diméthyle (DMTP)
H3CO2C
CO2H
-7-
CO2CH3
HOCH2-CH2OH
6- Ecrire la formule de l'éthane-1,2-diol (ou glycol)
(1 point)
7- L’éthane-1,2-diol (glycol) réagit avec le téréphtalate de diméthyle, en présence de base,
pour donner le téréphtalate de bis(2-hydroxyéthyle), noté BHET, et du méthanol. Ecrire cette
réaction (1 point):
HO
H3CO2C
CO2CH3
2 HO-CH2-CH2-OH
O
O
OH
O
+
2 CH3OH
O
8- Par chauffage en milieu acide, le BHET se polymérise en polyéthylène téréphtalate (PET)
avec libération de glycol. Ecrire le motif du PET (1 point):
O
O
O
n
*
O
-8-
3ème partie : Piles et Corrosion (20 points)
A- Piles (8 points)
Potentiels standards:
E0Cu2+/Cu = 0,34 V, E0Fe2+/Fe = -0,44 V, E0Cr3+/Cr = -0,74 V, E0Ag+/Ag = 0,80 V
Constante d’Avogadro : 6,02. 1023mol-1 ; Charge élémentaire : e = 1,6.10-19C
1. On réalise une pile à partir de deux des 3 couples suivants : Cu2+/Cu, Fe2+/Fe et H+ / H2.
1.1 Pour chacune des 3 piles possibles, donner son symbole, indiquer la polarité, calculer
la f.é.m.(dans les conditions standards) (1,5 points)
(-)Fe ⎢Fe2+
(-)H2⎢H+
Cu2+ ⎢Cu (+)
E1 = E0 Cu2+/Cu - E0 Fe2+/Fe = 0,34 + 0,44 = 0,78 V
(-)Fe ⎢Fe2+
Cu2+ ⎢Cu (+)
E3 = 0,34V
H+ ⎢H2 (+)
E2 = E0 H+/H2 - E0 Fe2+/Fe = 0-(-0,44) = 0,44V
1.2 Quelle relation y a-t-il entre les trois f.é.m ? (0,5 point)
E1 = E2+E3
2. On construit une pile de la manière suivante : une lame de chrome plongeant dans 100
mL d'une solution de nitrate de chrome III de concentration 0,100 mol.L-1 et une lame
d'argent trempant dans 100 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration 0,300
mol.L-1. Un pont électrolytique relie les deux compartiments de la pile.
2.1 Faire un schéma et préciser où arrivent les électrons quand la pile débite et écrire
l'équation-bilan de la réaction qui a lieu (1 point) :
Ag
e-
Ag+
Cr
Cr3+
3 Ag+ + Cr → 3 Ag + Cr3+
2.2 Calculer la concentration des ions chrome III lorsque la réaction, supposée totale,
s'arrête (0,5 point)
nAg+i = 0,300 * 0,100 = 0,0300 mol
→ xmax = 0,0100 mol
nCr3+i = 0,100 * 0,100 = 0,0100 mol → nCr3+final = nCr3+i + xmax = 0,0100+0,0100 =0,020 mol
[Cr3+]f = 0,0200 / 0,100 = 0,100 mol/L
-9-
3. Le principe des piles à combustible a été découvert par l'électrochimiste William Grove
en 1839, mais leur utilisation réelle ne date que des années 1960, à l'occasion des
programmes spatiaux de la NASA.
Ces piles alimentaient en électricité les ordinateurs de bord des vaisseaux Gemini et Appolo
et fournissaient l'eau de consommation. En effet, par comparaison aux piles salines et
alcalines, les piles à combustible, type hydrogène-oxygène, présentent deux avantages: faire
appel à des réactifs (dioxygène de l'air et dihydrogène) disponibles en grande quantité et
être non polluantes car libérant de l'eau.
Le principe de fonctionnement est simple: la cellule de réaction est composée de deux
électrodes séparées par une membrane. Elle est alimentée en dihydrogène et en dioxygène
en continu.
Le fonctionnement de la pile repose sur une réaction d'oxydoréduction au niveau des
électrodes.
Schéma de la pile à combustible
3.1 Quels sont les porteurs de charge à l’extérieur de la pile ?
les électrons (0,25 point)
Quels sont les porteurs de charge à l’intérieur de la pile ?
Les ions H+ (0,25 point)
3.2 Les couples d'oxydoréduction mis en jeu dans la réaction
sont : H+ (aq) / H2 (g) et
O2 (g) / H2O (l)
Écrire les demi-équations électroniques pour chaque couple
mis en jeu, quand la pile débite (on reportera celles-ci sur le
schéma au niveau des flèches courbées)
H2 → 2 H+ + 2 eO2 + 4 H+ + 4e- → 2H2O (0,5 point)
En déduire l'équation de la réaction modélisant la
transformation ayant lieu dans la cellule de réaction.
O2 + 2H2 → 2H2O
(0,5 point)
3.3 Le combustible de la pile est le dihydrogène et le comburant est le dioxygène de l’air.
Le combustible est-il le réducteur ou l’oxydant ? Quel est le gaz qui subit une réduction ?
Le combustible H2 est le réducteur, le dioxygène subit une réduction
(0,5 point)
- 10 -
Préciser le nom de l'électrode où se produit la réduction. Cette électrode est-elle le pôle
positif ou négatif de la pile?
L’électrode où se produit la réduction est appelée cathode
C’est le pôle positif de la pile (0,5 point)
3.4 Dans un véhicule motorisé fonctionnant grâce à une pile à combustible, on estime à 1,5
kg la masse de dihydrogène nécessaire pour parcourir 250 km.
Calculer la quantité de matière de dihydrogène n(H2) correspondant à cette masse, puis le
volume de dihydrogène V(H2) en mètre-cube (m3), dans les conditions où le volume molaire
Vm est égal à 24 L.mol–1 (1 point)
nH2= mH2 / MH2 = 1500 / 2,0 = 750 mol ;
VH2 = nH2 Vm = 750 x 24 = 1,8.104 L = 18 m3
3.5 Dans la navette spatiale, les piles à combustibles débitent un courant d'intensité I=200 A.
Calculer la charge électrique Q libérée en 24 heures.
I = 200 A ; Q = I . t = 200 x 24 x 3600 = 1,73.107 C (0,5 point)
En déduire la quantité d’électrons ayant circulé dans le circuit de la navette.
Q = n(e-).NAe ; n(e-) = Q / NAe = 1,73.107 /( 6,02.1023 x 1,6.10-19) = 180 mol
D'après la demi-équation : 2 H+(aq) + 2 e- = H2(g) , nH2cons = n(e-) /2 = 90 mol
B- Etamage d’une boîte de conserve
(0,5 point)
(7 points)
On souhaite réaliser, par électrolyse, un dépôt d’étain sur une boîte en acier. L’une des
électrodes utilisée est en étain et l’autre est la boîte de conserve, ces dernières plongent
dans une solution de chlorure d’étain (Sn 2+ + 2Cl-).
1. Faire l’inventaire des espèces chimiques présentes.
Cl- ; H2O ; Sn2+, Sn ; Fe
(0,25 point)
2. La boîte de conserve joue-t-elle le rôle d’anode ou de cathode ? Faire un schéma de
l’électrolyseur en indiquant clairement les polarités du générateur ainsi que le nom et la
nature des électrodes (1,5 points)
La boîte de conserve doit constituer la cathode où aura lieu une réduction ; ainsi le
dépôt d’étain pourra avoir lieu
Cathode
:Boîte
en acier
Anode :
étain
- 11 -
3. Quelles sont les réactions susceptibles de se produire aux électrodes ? Quelle est
l’oxydation la plus facile ? Quelle est la réduction la plus facile ? Justifier (2 points)
A l’anode les oxydations possibles :
2Cl- = Cl2 + 2eH2O = 1/2 O2 +2 H+ + 2eSn = Sn2++2eA la cathode les réductions possibles :
Sn2++2e- = Sn
2H2O + 2e- = H2 +2 OHEn fonction des valeurs des potentiels rédox données, la réduction la plus facile est
celle de l’entité qui appartient au couple de potentiel rédox le plus haut soit celle de
l’eau. A l’inverse l’oxydation la plus facile est celle de l’entité qui appartient au couple
de potentiel rédox le plus bas soit celle de l’étain.
4. On considère que les réactions qui se produisent sont principalement l’oxydation du
métal étain et la réduction de l’ion étain. En déduire l’équation de la réaction.
Sn2++ Sn = Sn + Sn2+ (0,25 point)
5. En général, les dépôts d’étain ont une épaisseur de 90μm et une masse de 0,50g par
mètre carré d’acier. On souhaite étamer l’intérieur et l’extérieur de la boîte cylindrique de
rayon r = 4,0cm et de hauteur h = 8,0cm grâce à un courant d’intensité I = 6,0A.
Après avoir calculé la surface à étamer, déterminer la masse d’étain à déposer et la
durée Δt de l’électrolyse (3 points)
Calcul de la surface à étamer (intérieur et extérieur) :
S= 2*(2πr2 + 2πr*h) = 6,0. 10-2 m2
La masse correspondante, sachant que l’on dépose 0,50g par mètre carré d’acier :
m(Sn) =0,50*6,0. 10-2 = 3,0. 10-2 g
Cela correspond à une quantité de matière n(Sn)= m(Sn)/M(Sn)
Il aura fallu 2n(Sn) moles d’électrons fournis par un courant d’intensité I qui a circulé
pendant une durée Δt, transportant la charge Q= I Δt = 2n(Sn) Ne
D’où
Δt = 2m(Sn) N e / (I* M(Sn))
Δt =8,1s
Données : Constante d’Avogadro : 6,02. 1023mol-1
Quelques couples redox et valeurs des potentiels normaux correspondant à 25°C
Cl2/Cl-:1,36V ; O2/H2O :1,23V ; H+ /H2 :0,00V ; Sn2+/Sn :-0,14V ; Fe2+/Fe :-0,44V .
Masse molaire atomique :M(Sn)=118,7g.mol-1. Charge élémentaire : e=1,6.10-19C ;
- 12 -
C- QCM (plusieurs réponses possibles)
(2 points, -0,5 point / faute)
1. Lors de la corrosion, un métal est :
X oxydé
… réduit
… ni l’un ni l’autre
2. La corrosion d’un métal ne peut avoir lieu qu’en présence d’eau
… vrai
X faux
3. La corrosion humide d’un métal dépend :
X de facteurs extérieurs
X du métal lui-même
4. La technique de protection de l’acier par formation d’un alliage fer-zinc en surface
se nomme :
… la parkérisation
X la galvanisation
… l’électrozingage
5. On peut protéger un métal de la corrosion en le reliant :
X à la borne positive d’un générateur
X à la borne négative d’un générateur
6. Dans une pile d’Evans, le fer se corrode :
X dans la zone la moins oxygénée
… dans la zone la plus oxygénée
D- Corrosion ou non ?
(1,5 points)
Deux électrodes, une en fer, l’autre en cuivre, reliées entre elles, plongent dans l’eau salée.
1. Quel est le réducteur ? (0,25 point)
Le fer est le réducteur car il appartient au couple ox/red de potentiel le plus bas
2. Quel est le métal qui joue le rôle de cathode ? (0,25 point)
Le cuivre
3. Y a-t-il corrosion de fer dans ce cas ? Justifier (0,25 point)
Il y a corrosion du fer car le réducteur s’oxyde
4. Ecrire les demi-équations ayant lieu aux électrodes, puis l’équation-bilan de la
transformation chimique (0,5 point)
Fe = Fe2+ + 2eO2 + 2 H2O + 4e- = 4 HOBilan:
x2
2 Fe + O2 + 2 H2O = 2 Fe2+ + 4 HO-
5. Comment vérifier expérimentalement si le fer est corrodé ? (0,25 point)
On peut vérifier s’il y a présence d’ions fer II en ajoutant quelques gouttes de
ferricyanure de potassium. Si les ions fer II sont présents, une coloration bleue
apparaît
Données : Valeurs des potentiels normaux à 25°C : Fe2+ / Fe : - 0,44 V
- 13 -
Cu2+ / Cu : 0,34 V
E - Protection des navires
(1,5 points)
Pour la construction des navires, les alliages sont préférés aux métaux purs, du fait de leurs
meilleures qualités physiques. Ces alliages sont des combinaisons cristallines des différents
éléments chimiques métalliques.
1. Expliquer pourquoi l’utilisation de ces alliages implique que les pièces concernées
sont particulièrement sensibles à la corrosion (0,5 point)
Présence d’électrodes de potentiels différents d’où la formation de piles sur toute la
surface de la pièce
2. Afin de protéger l’arbre d’hélice en acier d’un navire, on y fixe des blocs de zinc. En
utilisant les potentiels redox, expliquer pourquoi le fer se trouve ainsi protégé (0,5
point)
Le potentiel du couple Zn/Zn2+ étant plus bas que celui du couple Fe/Fe2+, le zinc
s’oxyde plus facilement que le fer. C’est donc lui qui subit préférentiellement la
corrosion
3. Justifier le nom d’ « anode sacrificielle » donnée à cette méthode de protection (0,25
point)
Le zinc joue le rôle d’anode car il subit l’oxydation ; il est consommé lors de
l’oxydation. Ce métal est « sacrifié » pour protéger le fer
4. Quelle précaution doit-on prendre pour que cette méthode soit utilisable à long
terme ? (0,25 point)
Cela nécessite une surveillance de façon à renouveler le zinc, sinon, dès que le zinc
est entièrement consommé, c’est le fer qui est oxydé
Données : Valeurs des potentiels normaux à 25°C : Fe2+/ Fe : - 0,44 V
- 14 -
Zn2+/ Zn : -0,76 V
4ème partie : Chimie Verte pour l’industrie routière (10 points)
1- Un des 12 principes de la Chimie Verte est « l’Utilisation de matières premières
renouvelables ». Quels sont les trois avantages principaux qui justifient leur utilisation ? (2
points)
- diminution des émissions de gaz à effet de serre
- limitation de l’utilisation des énergies fossiles non renouvelables
- valorisation économique des ressources agricoles
2- Citer quelques exemples de ressources renouvelables et leurs domaines d’applications (2
points)
+ Betteraves, Cannes à sucres, Céréales, Proléagineux, Oléagineux, Algues,
Légumes, Bois…
+ Applications :
- Aliments : Ingrédients, Fabrication
- Energie : Biocarburants, Biocombustibles
- Matériaux : Biopolymères, Agromatériaux
- Chimie : Tensioactifs, Lubrifiants, Solvants, Intermédiaires chimiques, Principes
actifs, Biomolécules
3- Donner une définition de l’Ecoconception ? (2 points)
L’Ecoconception permet de réduire les impacts négatifs sur l’environnement tout au
long du cycle de vie du produit pendant la phase de conception
4- Quelles sont les deux techniques de fluidification des bitumes ? (2 points)
Utilisation de Fluxants ou d’Emulsifiants
5- Donner une description schématique d’un tensioactif (ou surfactant). Qu’est-ce qu’un
émulsifiant ? (2 points)
Tensioactif : Partie lipophile (hydrophobe) + Tête polaire (hydrophile)
Emulsifiant : Tensioactif dont la partie lipophile est constituée de chaînes longues
(C18 à C22) et qui possède des propriétés émulsionnantes.
Les Emulsifiants favorisent la formation d’émulsions, cad une dispersion sous forme
de fines gouttelettes d’un liquide dans un autre et en augmentent la stabilité
FIN
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