Épreuve 2 2008-2015

OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2008 1
ACLg
NIVEAU 1 (élèves de 5ème) - deuxième épreuve : PROBLEMES
par
Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane
KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 5 problèmes à 20 points. 92 élèves
ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non
programmable, mais aucun autre document personnel. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses
atomiques relatives avec les valeurs de quelques constantes.
Les résultats obtenus aux différents problèmes ont été les suivants :
N° problème
Maximum
Moyenne
1
20
19,26
2
3
4
5
TOTAL
20
20
20
20
100
15,57
15,11
6,41
5,74
61,88
%
96,3
77,8
75,6
32,0
28,7
61,9
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 61,9 %, bien inférieure à celle
obtenue en 2007 (75,8 %) mais proche de celle obtenue en 2006 (65,3 %). Un élève a obtenu 100/100.
Est-ce que des correcteurs auraient une idée de la cause des mauvais résultats aux problèmes 4 et 5 ? Les élèves
ont-ils eu le temps d’aborder ces problèmes ?
Les 12 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 80 % ou plus, sont :
1. HERBEUVAL Patrick, AR Izel (sur-Semois), Professeur Annick Denis
2. RADU Nicolas, AR Liège 1, Professeur Raoul Plenevaux
3. DELCOURT Martin, AR Paul Delvaux, Ottignies, Professeur Elisabeth Preutens
4. VOORSLUIJS Valérie, Athénée Bockstael, Professeur Claude de Bakker
5. DUERINCKX Melia, Lycée Emile Jacquemain, Bruxelles, Professeur Damia Tiaz
6. FONTEYN François, Collège Ste Gertrude, Nivelles, Professeur Chantal Gailly
7. SOETENS Mathieu, AR Arlon, Professeur Michelle Baudoux
8. DEMEULENAER Loïc, AR Huy, Professeur Suzanne Barbette
9. EGAN Raphaël, AR Malmedy, Professeur Roland Martin
10. JAMBE Nathan, CS Ste Marie, Namur, Professeur Diane Baillieul
11. DERKENNE Donovan, AP Warocqué, Morlanwelz, Professeur Rosanna Fuino
12. BRICHARD Martin, Collège St Michel, Bruxelles, Professeur Annick Schelkens
EUSO 2008
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science
Olympiad) qui a eu lieu cette année à Nicosie, Chypre. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année,
propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique
pluridisciplinaire. C’est Patrick HERBEUVAL qui a été sélectionné pour cette épreuve.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
1
La liste de nos sponsors a été donnée avec l'analyse des résultats à la 1ère épreuve.
Problèmes
Réponses
Problème 1 (20 points)
Le coca-cola peut être considéré comme une solution contenant entre autres choses 0,25 mol/L de saccharose
(C6H22O11). Sachant qu'un morceau de sucre (saccharose) pèse environ 6 g, combien de ces morceaux ingère-ton lorsque l'on boit une boîte de 33 cL de cette boisson ?
Ar (H) = 1,01 ; Ar (C) = 12,01 ; Ar (O) = 16,00
Problème 2 (20 points)
Une voiture consomme 5,8 L d'essence (C8H18) aux 100 km.
Le propriétaire cette voiture roule en moyenne 25000 km par an.
a)
Ecrivez l'équation équilibrée (pondérée) de la combustion de l'essence.
b)
En supposant que la combustion de l'essence est complète, calculez la quantité de matière (en mol)
consommée annuellement par cette voiture.
c)
Calculez la masse (en kg) de CO2 produite annuellement par cette voiture.
Masse volumique de l'essence (C8H18) = 0,69 g/mL
Ar (H) = 1,01 ; Ar (C) = 12,01 ; Ar (O) = 16,00
Problème 3 (20 points)
On considère un atome de mercure (Z = 80 ; A = 200).
a)
b)
Calculez la masse de cet atome en considérant que la masse d'un nucléon est égale à 1,67.10-27 kg.
Le noyau de cet atome peut être assimilé à une sphère de rayon R = 10-15 m.
Calculez la masse volumique (en kg/m³) du noyau de cet atome.
Volume d'une sphère = 4/3 πR3
Problème 4 (20 points)
Dans un erlenmeyer, on réalise un mélange de deux acides selon les proportions suivantes :
20 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0,50 mol/L
+ 10 mL d'une solution d'acide sulfurique de concentration égale à 1,00 mol/L
On ajoute au mélange 4,00 g de zinc métallique.
Le zinc et attaqué et il se forme du dihydrogène.
a)
b)
c)
Ecrivez l'équation ionique pondérée (équilibrée) de la réaction.
Calculez la masse de zinc métallique dans la solution à la fin de la réaction.
Calculez la concentration (en mol/L) en ions zinc dans la solution à la fin de la réaction.
Ar (Zn) = 65,38
Problème 5 (20 points)
Dans un erlenmeyer on réalise le mélange suivant :
10 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration égale à 0,1 mol/L
+ 10 mL d'une solution de chlorure de magnésium de concentration égale à 0,1 mol/L
Il se forme un sel très peu soluble, le chlorure d'argent.
a)
b)
Ecrivez l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction de précipitation.
Calculez les concentrations des ions présents en solution après que le chlorure d'argent ait précipité.
Détaillez les calculs.
2
Réponses
Problème 1 (20 points)
a)
b)
c)
d)
Masse molaire du saccharose = 144,12 + 22,22 + 176,00 = 342,34 g/mol
Masse de saccharose dans 1 L de boisson = 0,25 x 342,34 = 85,585 g
Masse de saccharose dans 33 cL de boisson = 85,585 / 3 = 28,528 g
Nombre de sucres dans 33 cL de boisson = 28,528 / 6 = 4,75 morceaux de sucre
5 points
5 points
5 points
5 points
Problème 2 (20 points)
a)
b)
c)
C8H18 + 12,5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O
Consommation annuelle = 250 x 5,8 = 1450 L
Masse d'essence annuelle = 1450 x 103 mL x 0,69 g/mL = 1000,5.103 g
Masse molaire de C8H18 = 96,08 + 18,18 = 114,26 g/mol
Quantité de matière annuelle de C8H18 = 1000,5.103 / 114,26 = 8756,34 mol
Quantité de matière annuelle de CO2 = 8756,34 x 8 = 70050,76 mol
Masse molaire de CO2 = 12,01 + 32,00 = 44,01 g/mol
Masse annuelle de CO2 = 70050,76 x 44,01 = 3,09.103 kg
3 points
2 points
3 points
2 points
3 points
2 points
2 points
3 points
Problème 3 (20 points)
a)
b)
d)
Masse du noyau = 200 x 1,67.10-27 = 3,34.10-25 kg
Volume du noyau = 4/3π(10-15)³ = 4,19.10-45 m³
Masse volumique du noyau = 3,34.10-25 / 4,19.10-45 = 80.1018 kg/m³
6 points
7 points
7 points
Problème 4 (20 points)
a)
b)
c)
Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2
n Zn = 4,00 / 65,38 = 0,061 mol
n H+ = 0,01 + 0,02 = 0,030 mol
n Zn2+ produit = 0,015 mol
n Zn restant = 0,061 – 0,015 = 0,046 mol
m Zn restant = 0,046 x 65,38 = 3,01 g
Volume total de la solution = 0,01 + 0,02 = 0,03 L
Concentration en Zn2+ = 0,015 / 0,03 = 0,5 mol/L
4 points
2 points
4 points
2 points
3 points
1 point
2 points
Problème 5 (20 points)
a)
b)
Ag+ + Cl- → AgCl
n départ Mg2+ = 10-3 mol
n départ Ag+ = 10-3 mol
n départ Cl- = 2.10-3 mol
n départ NO3- = 10-3 mol
n final Mg2+ = 10-3 mol
n final Ag+ = 0 mol
n final Cl- = 10-3 mol
n final NO3- = 10-3 mol
Volume total = 0,02 L
c finale Mg2+ = 0,05 mol/L
c finale Ag+ = 0 mol/L
c finale Cl- = 0,05 mol/L
c finale NO3- = 0,05 mol/L
2 points
1 point
1 point
3 point
1 point
1 point
1 point
3 points
1 point
1 point
1 point
1 point
1 point
1 point
3
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20091
ACLg
NIVEAU 1 (élèves de 5ème) - deuxième épreuve : PROBLEMES
par
Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane
KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes
à 25 points. 84 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et
pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un
tableau des masses atomiques relatives avec les valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
N° problème
1
2
3
4
TOTAL
Maximum
25
25
25
25
100
Moyenne
19,05
22,86
6,40
8,63
56,93
%
76,19
91,43
25,62
34,50
56,9
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 56,9 %, un
peu inférieure à celle obtenue en 2008 (61,9 %).
Les 14 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 75 % ou plus, sont :
1. JACQUET
Martin
AR P. Delvaux
AR Arlon
2. VAN OOLDENEEL Alexandre
3. BASTIN
Oriane
AR P. Delvaux
4. PACYNA
Laura
AR Visé
5. PARFONRY
Simon
AR THUIN
6. FORTEMPS
Loïc
Col Ste Gertrude
7. BODART
Arnaud
Inst St Laurent
8. SIMON
Valentin
CES St Joseph
9. RENIER
Kévin
AR HUY
10. PETRY
Robin
CES St Joseph
11. SNYERS
Charles
CES St Joseph
12. SOJIC
François-Xavier AR Arlon
13. ANDRE
Antoine
Inst St Jean Baptiste
14. MAQUET
Claire
AR Air Pur
Chantal SCOUFFLAIRE
Michelle BAUDOUX
Elisabeth PREUTENS
Isabelle LEMAIRE
Pierre VLAMINCK
Mme PATERNOTTE
Jocelyne LEPERE
Cristina ORFANU
Suzanne BARBETTE
Cristina ORFANU
Cristina ORFANU
Michelle BAUDOUX
Michèle LEPOUTRE
Philippe COLYN
EUSO 2009
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO
(European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Murcie, Espagne. Cette
Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de
biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est
Oriane BASTIN qui a participé à cette épreuve. L’équipe francophone belge y a décroché une
belle médaille d’argent.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site :
http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
1
La liste de nos sponsors a été donnée avec l'analyse des résultats à la 1ère épreuve.
QUESTIONS
Réponses
Problème 1 (25 points)
La saccharine, qui n'a aucune valeur nutritive, est considérée comme suspecte par les
toxicologues. Dans les bières, sa concentration en masse doit être écrite sur la bouteille si elle
dépasse 15 mg/L.
On prélève 2,0 mL d'une bière "X", que l'on amène à 30,0 mL par dilution avec de l'eau. Par
dosage, on trouve, pour la saccharine, une concentration de 2,0.10-5 mol/L dans cette dernière
solution. Quelle est la concentration massique en saccharine de cette bière ?
Doit-on indiquer cette concentration sur la bouteille ?
Saccharine : C7H5NO3S ; M = 183,20 g/mol
Problème 2 (25 points)
Soit la réaction entre MnO2 et HCl :
MnO2 +
HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O
a)
Equilibrez (pondérez) cette équation.
b)
Quelle masse (en g) de Cl2 peut être préparée à partir de 15,0 g de MnO2 et 30,0 g de
HCl ?
Ar H = 1,0 ; Ar Cl = 35,5 ; Ar O = 16,0 ; Ar Mn = 54,9
Problème 3 (25 points)
Déterminez la formule chimique du composé organique dont l'analyse a fourni les résultats
suivants :
Le composé contient seulement du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène.
On a préparé une solution de ce composé. Cette solution présente un pourcentage
massique de 2,51 % (cela signifie que 100 g de solution contient 2,51 g du composé) et une
masse volumique de 1,1 g/cm³.
50 cm³ de cette solution réagissent exactement avec 29,5 cm³ d'une solution
aqueuse d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration égale 0,9 mol/L.
Ce composé est un diacide qui réagit avec NaOH selon l'équation suivante :
H2(CXHY-2OZ) + 2 NaOH → Na2(CXHY-2OZ) + 2 H2O
Le composé contient 34,62 % en masse de carbone.
Si on brûle une certaine quantité de ce composé dans un excès de dioxygène, il se
forme 1,32 g de CO2 et 0,36 g de H2O.
Ar H = 1,0 ; Ar C = 12,0 ; Ar O = 16,0
Problème 4 (25 points)
Bien que ancien, le texte ci-dessous renferme des renseignements intéressants qui vous
permettront de répondre aux questions de la page suivante.
a) Pour quelle qualité le bronze a-t-il été préféré au cuivre pur dans les temps anciens ?
b) Proposez une formule pour le protoxide de cuivre.
c) Proposez une formule pour le deutoxide de cuivre.
d) Dans la nomenclature actuelle quel mot emploierait-on pour "acide oxigénans" ?
e) Quels acides semblent attaquer facilement le cuivre ?
f) Proposez une équation pour la combustion du cuivre finement divisé.
g) Proposez une équation pour la réduction du deutoxide de cuivre par l'hydrogène.
Les 3 dernières questions sont des questions de culture générale : les réponses ne se trouvent
pas dans le texte.
h) Le cuivre forme un autre alliage avec le zinc. Quel est le nom de cet alliage ?
i) Comment appelle-t-on dans la vie de tous les jours le composé qui se forme lorsque le
cuivre reste longtemps exposé à l'air humide ?
j) Quelle est la couleur du sulfate formé par l'action de l'acide sulfurique sur le cuivre ?
REPONSES
PROBLEME 1 (25 points)
Concentration massique de la saccharine dans la solution
= 183,20 x 2.10-5 = 3,66 mg/L
Masse de saccharine dans les 30 mL = 3,66 x 30.10-3 = 0,11 mg
Masse de saccharine dans les 2 mL = 0,11 mg
6 points
6 points
6 points
Concentration massique de la saccharine dans la bière = 500 x 0,11
= 54,96 mg/L
Indication sur la bouteille ? OUI
6 points
1 point
PROBLEME 2 (25 points)
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O
n (MnO2) = 15 g / 86,9 g/mol = 0,173 mol
n (HCl) = 30 g / 36,5 g/mol = 0,822 mol
Réactif limitant : MnO2
m Cl2 = 0,173 mol x 71,0 g/mol = 12,3 g
4 points
5 points
5 points
5 points
6 points
PROBLEME 3 (25 points)
n NaOH = 26,55.10-3 mol
n composé = 13,275.10-3 mol
c solution composé = 13,275.10-3 x 20 = 0,2655 mol/L
Masse composé dans 1 L de solution = 1100 x (2,51/100) = 27, 61 g
Masse molaire composé = 27,61 / 0,2655 = 103,99 g/mol
1,32 g de CO2 : 0,36 g de C
0,36 g de H2O : 0,04 g de H
9 x plus de C
% en masse de H = 3,85
% en masse de O = 100 - 3,85 - 34,62 = 61,53
5 points
5 points
3 points
4 points
2 points
Nombre de C dans la molécule = (34,62/100) x (103,99/12) = 3
Nombre de H dans la molécule = (3,85/100) x (103,99/1) = 4
Nombre de O dans la molécule = (61,53 /100) x (103,99/16) = 4
C3H4O4
2 points
2 points
2 points
PROBLEME 4 (2,5 points par réponse correcte)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
Pour quelle qualité le bronze a-t-il été préféré au cuivre pur dans les temps anciens ?
Dureté ou concept équivalent
Proposez une formule pour le protoxide de cuivre : Cu2O
Proposez une formule pour le deutoxide de cuivre : CuO
Dans la nomenclature actuelle quel mot emploierait-on pour "acide oxigénans" ?
Oxoacide
Quels acides semblent attaquer facilement le cuivre ?
Acides nitrique et nitreux
Proposez une équation pour la combustion du cuivre finement divisé.
2 Cu + 1/2 O2 → Cu2O
ou
Cu + 1/2 O2 → CuO
Proposez une équation pour la réduction du deutoxide de cuivre par l'hydrogène.
CuO + H2 → Cu + H2O
(accepter pour 1 point Cu2O + H2 → 2 Cu + H2O)
Le cuivre forme un autre alliage avec le zinc. Quel est le nom de cet alliage ?
Laiton
Comment appelle-t-on dans la vie de tous les jours le composé qui se forme
lorsque le cuivre reste longtemps exposé à l'air humide ?
Vert-de-gris
Quelle est la couleur du sulfate formé par l'action de l'acide sulfurique sur le cuivre ?
Bleue
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2010
2ème épreuve -NIVEAU 1 (élèves de cinquième année)
A.C.Lg
Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane
KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 49,21 %, nettement
inférieure à celles obtenues en 2009 (56,9 %) et en 2008 (61,9 %). Il n’y a qu’un mauvais résultat, celui au
deuxième problème, ce qui a pour effet de faire baisser considérablement la moyenne générale. On peut
s’étonner de ce mauvais résultat. Est-ce que la résolution de problèmes avec deux équations à deux
inconnues doit vraiment encore poser problème à des élèves de cinquième année ? Remarquons le beau tir
groupé des élèves de l’Athénée d’Eupen qui ont obtenu plus de 80 % des points !
Les 14 lauréats de 5e année, qui ont obtenu plus de 74 % sont :
1. IANCU
Alexandre
St Benoît/St Servais, Liège
2. SCHUMACHER
David
AR Eupen
3. LEYH
Catherine
AR Eupen
4. REUTER
Sarah
AR Eupen
5. EMONTS
Alzocha
AR Eupen
7. DELNEUVILLE
Grégoire
N-D de la Paix, Erpent
Danièle GUILLAUME
Brigitte NIHANT
Brigitte NIHANT
Brigitte NIHANT
Brigitte NIHANT
Elodie CLAIS
Katty VAN VINCKT
8. D’ANDREA
9. MORMONT
10. CAMBRON
11. VANDESMAL
Benoît
Romain
Martin
Estelle
St Augustin, Gerpinne
Cécile PLUME
6. WAUTIER
Justin
AP Warocqué, Morlanwez
AR Herstal
CES St Joseph, Chimay
AR Bervoets
12. VANSCHOORISSE Perinne
AR Ath
13. DEVOS
Chloe
St Benoît/St Servais, Liège
14. MAINIL
Marie-Aurore AP Warocqué, Morlanwez
David BEGON
Cristina ORFANU
Geneviève BASTIN
Sébastien ROUSSEAU
Danièle GUILLAUME
Rosanna FUINO
EUSO2010
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union
Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Göteborg en Suède. Cette Olympiade, destinée aux élèves de
5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un
travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Alexandre IANCU qui a été sélectionné pour cette épreuve.
L’équipe francophone belge y a décroché une belle médaille d’argent et l’équipe flamande une médaille de
bronze !
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
PROBLEMES
Réponses
Problème 1 (25 points)
Une solution aqueuse a été préparée. Elle contient des ions nitrate, chlorure, et sulfate accompagnés d'ions
magnésium, potassium et sodium.
Parmi les compositions suivantes, quelle(s) est(sont) celle(s) qui vous semble(nt) plausible(s) ? Pour chaque
proposition, indiquez obligatoirement le raisonnement menant à votre réponse.
a)
ion
concentration
(mol/L)
Mg2+
0,030
+
K
Na
0,040
+
-
Cl
2-
(SO4 )
-
(NO3 )
d)
ion
K
Na
0,060
0,040
+
0,040
+
-
Cl
2-
(SO4 )
-
(NO3 )
K
-
0,040
2-
(SO4 )
-
(NO3 )
e)
ion
K
0,040
concentration
(mol/L)
Mg2+
0,030
+
K
0,020
Na
0,040
-
0,030
+
0,030
Cl
0,040
0,030
2-
(SO4 )
0,015
0,020
(NO3-)
0,030
0,030
+
-
c)
ion
concentration
(mol/L)
Mg2+
Na
0,060
0,040
+
Cl
0,020
0,010
0,030
+
Na
0,010
concentration
(mol/L)
Mg2+
0,020
concentration
(mol/L)
Mg2+
b)
ion
0,040
+
0,020
Cl
0,040
2-
0,010
-
0,060
(SO4 )
(NO3 )
Problème 2 (25 points)
Dans un mélange de chlorure de sodium, NaCl(s), et de chlorure de potassium, KCl(s), on veut déterminer
les masses respectives de ces deux sels. À cette fin, on pèse 10,0 g du mélange que l’on dissout dans de
l’eau distillée de manière à préparer 1,00 L de solution.
On prélève 25,0 mL de la solution obtenue et on précipite la totalité des ions Cl-(aq) par addition d’ions
Ag+(aq) en excès. Le précipité, lavé et séché, a une masse de 0,567 g.
Déterminez les masses de NaCl(s) et de KCl(s) dans le mélange.
Masse atomique de Ag = 107,87
Problème 3 (25 points)
On plonge une lame de nickel dans 300 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration égale à 0,100
mol/L. Il s'installe la réaction :
Ni(s) + 2 Ag+(aq) → Ni2+(aq) + 2 Ag(s)
au cours de laquelle l'argent métallique se dépose sur la lame de nickel.
A un instant donné, la masse du dépôt d'argent est égale à 0,200 g.
a) Déterminez la concentration résiduelle en ions Ag+ dans la solution.
b) Calculez le nombre de moles d'ions Ni2+ apparues dans la solution.
c) Calculez la concentration en ions Ni2+ de la solution à cet instant.
Masses atomiques : Ag = 107,87 ; Ni = 58,69
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2010 - 2
Votre numéro
Problème 1
25 points
Une solution aqueuse a été préparée.
Elle contient des ions nitrate, chlorure, et sulfate accompagnés d'ions magnésium,
potassium et sodium.
Parmi les compositions suivantes, quelle(s) est(sont) celle(s) qui vous semble(nt)
plausible(s) ? Pour chaque proposition, indiquez obligatoirement le raisonnement
menant à votre réponse.
a)
ion
concentration (mol/L)
Mg2+
0,030
K
+
Na
Cl
0,040
0,020
+
-
0,060
(SO42-)
3
0,010
(NO )
b)
ion
0,040
Mg
0,030
2+
K+
Na
Cl
concentration (mol/L)
0,040
0,020
+
-
0,040
2-
(SO4 )
0,030
(NO3-)
c)
ion
0,020
Mg
0,030
2+
concentration (mol/L)
+
0,030
Na+
0,030
K
Cl
-
0,040
(SO4 )
2-
3
0,015
(NO )
d)
ion
0,030
Mg2+
0,040
K
+
Na
concentration (mol/L)
0,040
0,020
+
Cl-
0,040
(SO4 )
2-
3
0,010
(NO )
e)
ion
0,060
Mg
0,030
2+
K+
Na
Cl
concentration (mol/L)
0,040
+
-
0,020
0,040
(SO42-)
0,010
(NO3-)
0,060
Votre numéro
Problème 2
25 points
Dans un mélange de chlorure de sodium, NaCl(s), et de chlorure de potassium,
KCl(s), on veut déterminer les masses respectives de ces deux sels.
À cette fin, on pèse 10,0 g du mélange que l’on dissout dans de l’eau distillée de
manière à préparer 1,00 L de solution.
On prélève 25,0 mL de la solution obtenue et on précipite la totalité des ions Cl -(aq)
par addition d’ions Ag+(aq) en excès.
Le précipité, lavé et séché, a une masse de 0,567 g.
Déterminez les masses de NaCl(s) et de KCl(s) dans le mélange.
Ar Ag = 107,87
Votre numéro
Problème 3
25 points
On plonge une lame de nickel dans 300 mL d'une solution de nitrate d'argent de
concentration égale à 0,100 mol/L.
Il s'installe la réaction : Ni (s) + 2 Ag+(aq) → Ni2+(aq) + 2 Ag(s) au cours de laquelle
l'argent métallique se dépose sur la lame de nickel.
A un instant donné, la masse du dépôt d'argent est égale à 0,200 g.
a)
b)
c)
Déterminez la concentration résiduelle en ions Ag+ dans la solution.
Calculez le nombre de moles d'ions Ni2+ apparues dans la solution.
calculez la concentration en ions Ni2+ de la solution à cet instant.
Ar Ag = 107,87 ; Ar Ni = 58,69
Votre numéro
Problème 4
25 points
Le principal agent du "DISPRIL 250 mg" est de l'acide acétylsalicylique C9H804.
a)
b)
Calculez la masse molaire de cet acide.
Calculez le nombre de moles d'acide acétylsalicylique présent dans un comprimé
de 250 mg (on admet que le comprimé contient 100% d'acide)
On dissout 2 comprimés dans de l'eau déminéralisée de manière à obtenir 150 mL de
solution.
c)
d)
e)
Calculez le nombre de moles d'acide acétylsalicylique dans cette solution.
Calculez la concentration en mol/L de cette solution.
Calculez le nombre de molécules d'acide acétylsalicylique dans cette solution.
On prélève la moitié de cette solution et on y ajoute 75,0 mL d'eau.
f)
Calculez la concentration en mol/L de cette nouvelle solution.
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2010
SOLUTIONS PROBLÈMES - NIVEAU I (élèves de 5ème)
PROBLEME 1
Propositions a), b) et e) correctes
Justification par l'électroneutralité
5 x 5 points
PROBLEME 2 (Tous les chiffres dans la machine)
Soit x la quantité de matière (nombre de mol) de NaCl et y celle de KCl dans 10 g de mélange.
m NaCl + m KCl = 10 g
ou, avec M (NaCl) = 58,44 g/mol et M (KCl) = 74,55 g/mol
x 58,44 + y 74,55 = 10 g
n Cl- (dans 1 L de solution) = (0,567 g / 143,32 g/mol) x 40 = 0,1582 mol
x + y = 0,1582 mol
15 points
x = (10 - y 74,55) / 58,44 = 10/58,44 - y 74,55/58,44
0,1711 - 1,2757 y +y = 0,1582
0,2757 y = 0,0129 mol
y = 0,0129/0,2757 = 0,0468 mol
m KCl = 0,0468 × 74,55 = 3,55 g
m NaCl = 6,45 g
10 points
PROBLEME 3 (Tous les chiffres dans la machine)
a) n Ag+ en solution = 0,03 mol
n Ag déposé = 0,001854 mol
n Ag+ résiduel en solution = 0,03 - 0,001854 = 0,02815 mol
c (Ag+) résiduel en solution = 0,02815 x 10/3 = 0,09382 mol/L
b) n Ni2+ apparues en solution = 0,001854/2 = 0,000927 mol
c) c (Ni2+) en solution = 0,000927/0,3 = 0,00309 mol/L
PROBLEME 4 (Tous les chiffres dans la machine)
a) M acide acétylsalicylique = 180,16 g/mol
b) n acide = 0,250/180,16 = 0,001388 mol
c) n acide 2 comprimés = 0,002775 mol
d) c (acide) = 0,002775 / 0,15 = 0,01850 mol/L
e) N molécules = 0,002775 × 6,02 × 1023 = 1,67 × 1021 molécules
f) c (acide solution diluée) = 0,01850 / 2 = 0,00925 mol/L
10 points
5 points
10 points
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
2011 – Année Internationale de la Chimie
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20111
2ème épreuve -NIVEAU 1 (élèves de cinquième année)
par Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT,
Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR, Véronique LONNAY,
Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 77 élèves ont pris part à cette
épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient
aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
1
2
3
4
N° problème
TOTAL
Combustion, Stoechiométrie,
Formule
stoechiométrie, pourcentages
empirique et
loi des gaz
semi-développée
Maximum
25
20
30
Moyenne
10,49
13,90
15,01
%
42,0
69,5
50,0
Equations,
stoechiométrie,
rendement
25
17,69
70,8
100
57,09
57,1
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 57,1 %, nettement supérieure à celle obtenue
en 2010 (50,2 %) et comparable à celles obtenues en 2009 (56,9 %) et en 2008 (61,9 %). Il n’y a qu’un résultat inférieur à
50%; celui au premier problème. On peut toutefois s’étonner de ce mauvais résultat car il ne faisait intervenir que des notions
classiques : équation, masse volumique, loi des gaz. Certains élèves ont pu confondre les volumes de gaz (dioxyde de carbone)
et de liquide (kérosène)
Les 10 lauréats de 5e année, qui ont obtenu plus de 89 %, sont :
1. RAYEE
Robbyn
UT Charleroi
2. LOUPPE
Véronique
AR Izel
3. SALEMI
Léandro
Ste Marie St-Ghislain
4. ROYER
Anthony
AR Arlon
5. JUNQUE
Célestine
AR Arlon
6. SERON
Benoît
Collège St Louis Liège
7. WATHELET
Laurent
AC Bockstael Bxl
8. BAINES
Stéphanie
AR Nivelles
9. HUTSENBAND Jofrey
UT Charleroi
10. DESMECHT
Adrien
A.R CHENEE
Sigrid JONAS
Annick DENIS
Christelle SUVEE
Michelle BAUDOUX
Michelle BAUDOUX
Jean RIGA
Claude de BAKKER
Isabelle SIMAL
Sigrid JONAS
Dominique DUCHESNE
EUSO 2011 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad)
qui a eu lieu cette année à Pardubice (République tchèque). Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3
lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est
Robbyn RAYEE qui a été sélectionné pour cette épreuve. Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants qui
a décroché la 1ère médaille de bronze à l'EUSO.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
1
Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg) avec le soutien de la Politique scientifique
fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Région Bruxelloise ; la Communauté Germanophone de Belgique ; les
Universités francophones ; Solvay ; Le Soir ; UCB-Pharma ; Prayon S.A.; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ;
essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles; le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie chimique ; Belgochlor ; la
Société Royale de Chimie ; l’Association des Scientifiques sortis de l’Université libre de Bruxelles (AScBr) ; l’Association
des Chimistes sortis de l’Université catholique de Louvain (ACL) et le Centre de Didactique des Sciences de l’Université
de Mons-Hainaut.
PROBLEMES
Réponses
Problème 1 (25 points)
Le kérosène liquide est un mélange d'hydrocarbures utilisé comme combustible dans les moteurs d'avions
à réaction.
On suppose que le kérosène est représenté par la formule C14H30 et que sa masse volumique (ρ) est égale
à 0,763 g/mL.
a)
Ecrivez l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction de combustion considérée.
b)
Quel volume (en L) de dioxyde de carbone obtient-on (dans les CNTP soit 22,4 L par mole) si
200 L d'air réagissent avec la quantité stœchiométrique correspondante de kérosène ?
c)
Quelle masse de dioxyde de carbone (en g) obtient-on par la combustion totale de 100 L de
kérosène liquide ?
Problème 2 (20 points)
La bouillie bordelaise est constituée de 80,0 % en masse de sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4.5H2O)
et de 20,0 % en masse d'hydroxyde de calcium ou chaux éteinte (Ca(OH)2)
Calculez les quantités de matière (en mol) d'hydroxyde de calcium et de sulfate de cuivre pentahydraté
nécessaires pour préparer 1,00 L de bouillie à 10,0 g/L.
Donnée : Ar Cu = 63,6 ; Ar Ca = 40,08 ; Ar S = 32,07
Problème 3 (30 points)
On cherche à déterminer la formule d'un insecticide organique ne contenant que les éléments C, H et Cl.
Le traitement d'une masse de 2,00 kg conclut, après analyse, à la présence d'une masse de 1462 g de
chlore au sein de l'échantillon.
D'autre part, cette analyse révèle un pourcentage en masse de carbone de 24,8 %.
a)
Quelle est la formule brute (empirique) de cet insecticide ?
b)
Sachant que sa masse molaire est égale à 291 g.mol-1, déterminer la formule moléculaire de cet
insecticide.
c)
Proposez une formule de structure développée de ce composé.
Problème 4 (25 points)
A haute température, le carbone réagit avec la vapeur d'eau pour former un mélange de monoxyde de
carbone et de dihydrogène.
Le monoxyde de carbone isolé à partir du mélange avec l'hydrogène réagit avec le nickel pour former du
tétracarbonylnickel ou nickel tétracarbonyle (Ni(CO)4)
a) Ecrivez les équations équilibrées (pondérées) des deux réactions.
b) Quelle masse de Ni(CO)4 obtient-on si on utilise le CO produit à partir de 72,0 g de carbone et si les
2 réactions successives ont un rendement de 80,0 % pour la première et 70,0 % pour la deuxième ?
Donnée : Ar Ni = 58,7
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2011 - 2
REPONSES
PROBLEME 1
a)
b)
c)
(résultats obtenus en laissant "tous les chiffres dans la machine")
C14H30 + 43/2 O2 → 14 CO2 + 15 H2O
V O2 = 40 L (20,95 % en volume de O2 précisément ; accepter 20 %)
n O2 = 40 / 22,4 = 1,786 mol
n CO2 = 1,786 x 2/43 x 14 = 1,163 mol
V CO2 = 1,163 x 22,4 = 26,05 L
m C14H30 = 76,3 kg
n C14H30 = 76300 / 198 = 385 mol
n CO2 = 385 x 14 = 5390 mol
m CO2 = 5395 x 44 = 237378 g
5 points
10 points
10 points
PROBLEME 2
M Ca(OH)2 = 74,1 g/mol
2,00 g de chaux éteinte :
n Ca(OH)2 = 2,00 / 74,1 = 0,027 mol
M CuSO4.5H2O = 250 g/mol
8,00 g de CuSO4.5H2O :
n CuSO4.5H2O = 8,00 / 250 = 0,032 mol
5 points
5 points
5 points
5 points
PROBLEME 3
a)
b)
c)
% en masse de Cl = (1462 /2000) x 100 = 73,1
% en masse de C = 24,8
% en masse de H = 2,10
n C = 24,8 / 12,0 = 2,07
n H = 2,1 / 1,01 = 2,08
n Cl = 73,1 / 35,5 = 2,06
C2H2Cl2
M C2H2Cl2 = 97,0 g/mol
291/97,0 = 3
C6H6Cl6
L'insecticide est l'hexachlorocyclohexane
Accepter les isomères ainsi que toute proposition plausible
4 points
3 points
3 points
3 points
3 points
3 points
5 points
6 points
PROBLEME 4
a)
b)
C + H2O → CO + H2
4 CO + Ni → Ni(CO)4
n C = 72,0 / 12,0 = 6 mol
n CO = 6 x (80/100) = 4,8 mol
n Ni(CO)4 = 4,8 x (1/4) x (70/100) = 0,84 mol
m Ni(CO)4 = 0,84 x 171 = 143 g
3 points
3 points
4 points
5 points
5 points
5 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2011 - 3
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20121
2ème épreuve -NIVEAU 1 (élèves de cinquième année)
par
Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT,
Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR,
Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE†.
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 90 élèves ont pris part à cette
épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient
aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
1
2
3
4
N° problème
TOTAL
Concentration,
neutralisation
Mélanges : degré
Pourcentages Teneur en cuivre
alcoolique, masse
massiques,
du laiton,
volumique, concentration
formules
titrage
Maximum
25
20
30
25
100
Moyenne
21,89
14,11
12,81
4,02
52,83
%
87,56
70,56
42,70
16,09
52,83
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 52,83 %, inférieure
à celle obtenue en 2011 (57,1 %).
Les 11 lauréats de 5e année qui ont obtenu 75 % ou plus sont :
WILLEMET RUFO RUMFELS RADERMECKER DEPREZ
HOLSTEIN KRIESCHER CORDIER MUSQUAR DUMORTIER
PIERROT Mathieu
Alessio
Gilles Oskar Xavier
Tanja Ken Corentin
Claire Alexandre
Manon
Inst St Joseph Carlsbourg
AR Arlon
CS St Benoit St Servais Liège
Ecole Européenne Bruxelles I
AR Waremme
Ecole Européenne Bruxelles I
Königliches Atheneum Eupen
Coll Ste-Marie Saint Ghislain
Ecole Européenne Bruxelles I
Institut St Henri Comines
AR Ath
Yvon MOLINE
Michelle BAUDOUX
Danièle GUILLAUME
Isabelle QUERTON
Patricia CROCQ Isabelle QUERTON Brigitte NIHANT
Christelle SUVEE
Isabelle QUERTON
Dominique DEGUSSEM
Sébastien ROUSSEAU
Les élèves ont bien réussi les problèmes 1 (87,6 %) et 2 (70,6 %) mais ils auraient pu facilement améliorer ce dernier résultat.
En effet, ce qui semble leur poser le plus de difficulté, c'est la conversion des diverses unités ; certaines résolutions sont aussi
parfaitement incompréhensibles même si on y retrouve une série de nombres (sans précision sur ce qu'ils représentent) qui
figurent dans les réponses attendues. Certaines feuilles sont d’ailleurs de vrais jeux de piste pour les correcteurs ! On devrait
exiger des élèves une résolution explicitée (grandeurs calculées, unités, raisonnement éventuel suivi,... ).
Le troisième problème a légitimement posé des difficultés. En effet, l’énoncé dépassait le cadre strict des compétences
acquises à ce stade du cursus secondaire ; néanmoins on a pu constater avec plaisir la clairvoyance et l’inventivité de la part de
beaucoup d’élèves. Cela est particulièrement vrai pour ceux qui sont allés jusqu’à la formule moléculaire et qui ont fait des
propositions structurales parfois décoiffantes mais toujours pleines d’imagination et d’enthousiasme.
Quant au dernier problème, il était très difficile pour des élèves de cinquième mais il devait permettre de sélectionner le lauréat
qualifié pour l'Euso. Tout était dans l'énoncé mais la longueur en aura désarçonné plus d'un. Beaucoup d’élèves n'ont pas
1
Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg), avec le soutien de la Politique Scientifique
Fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Communauté Germanophone de Belgique ; la Région de Bruxelles
Capitale ; les Universités francophones (Bruxelles, Liège, Mons-Hainaut) ; les Associations des Chimistes et des Sciences
des Universités (ACLg : Liège ; AScBr : Bruxelles ; ACL : Louvain-la Neuve ; Didactique des Sciences : Mons-Hainaut) ;
le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie Chimique ; essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles ; Prayon S.A.;
Solvay ; UCB-Pharma ; les Éditions De Boeck ; Le Soir.
compris qu'il s'agissait d'un titrage indirect et ils ne se sont pas servi des équations successives. La plupart des élèves n’ont pas
non plus tenu compte de l'eau de cristallisation dans le calcul de la masse molaire. L'oxydoréduction n'est pas maîtrisée à ce
stade et les titrages non plus.
La majorité des feuilles étaient tout simplement blanches...ce qui explique la moyenne catastrophique (17,5 %). Ceux qui
ont réussi ont parfois utilisé un raisonnement très personnel et pas toujours facile à suivre mais ce problème a quand même
permis d'effectuer une sélection pour l'Euso.
Rappelons que l’Olympiade est un concours, un jeu qui appelle au dépassement de soi et non pas une évaluation du niveau
des élèves d’un professeur ou d’un établissement donné.
EUSO2012
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad)
qui a lieu cette année à Vilnius. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de
biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Mathieu WILLEMET qui a été
sélectionné pour participer à cette épreuve. Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants lauréats en biologie,
chimie et physique.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2012 - 2
ÉNONCÉS DES PROBLÈMES
REPONSES
Problème 1 (25 points)
Un chimiste a laissé tomber une bouteille contenant 1,0 L d'acide chlorhydrique (HCl) de concentration
1,0 mol/L. La bouteille s'est brisée et il faut au plus vite neutraliser le liquide répandu.
Quelle masse (en g) d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) faudra-t-il utiliser au minimum (c'est-à-dire la
quantité stœchiométrique) pour neutraliser l'acide répandu ?
Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - Ca : 40,1
Problème 2 (20 points)
Un "panaché" est une boisson obtenue en mélangeant 7,0 cL de limonade à 18 cL de bière blonde. Le
degré alcoolique de la bière vaut 5,2°, c'est à dire 5,2 mL d'alcool par 100 mL de bière. L'alcool concerné
est l'éthanol de formule C2H5OH et de masse volumique égale à 0,79 kg/dm³.
Quelle est la concentration molaire (en mol/L) en éthanol du "panaché"?
Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0
Problème 3 (30 points)
On recherche la formule d'une base azotée constitutive de l'ADN.
On a déterminé que le pourcentage massique en O était de 10,6 %.
Pour déterminer les teneurs en C et en H, on a procédé à la combustion complète de 7,55 g de la
substance et on a recueilli une masse de CO2 égale à 11,0 g et une masse de H2O égale à 2,25 g.
a)
Déterminez les pourcentages massiques des éléments carbone, hydrogène, oxygène et azote au
sein de cette molécule.
b)
Quelle est la formule brute (empirique) de cette molécule ?
c)
Sachant que sa masse molaire moléculaire est égale à 151 g.mol-1, déterminez sa formule
moléculaire.
d)
Proposez une formule de structure développée de cette molécule.
Pour vous aider, sachez que l'azote tout comme le carbone est capable de former des molécules
cycliques voire polycycliques.
Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - C : 12,0
Problème 4 (25 points)
On dispose d'un échantillon de laiton qui est un alliage de cuivre et de zinc. On désire connaître la teneur
en cuivre de cet alliage et pour ce faire, on procède à l'expérience ci-dessous. Seul le cuivre présent dans
l'alliage est concerné par les opérations menées.
Quelle est la teneur (en %) en Cu de cet alliage ?
-
-
Peser avec précision 20,0 g de métal dans un erlenmeyer de 500 mL.
Ajouter environ 100 mL d'eau distillée puis environ 50,0 mL d’acide nitrique concentré.
Sous la hotte, chauffer sur une plaque chauffante jusqu'à dissolution complète.
Porter à ébullition et maintenir le chauffage jusqu'à disparition des vapeurs rousses.
Laisser refroidir puis transvaser la solution obtenue dans une fiole jaugée de 1,00 L.
Compléter au trait de jauge et homogénéiser soigneusement par retournement de la fiole
après avoir bouché celle-ci.
Prélever, à l'aide d'une pipette jaugée, 25,0 mL de cette solution et les verser dans un erlemeyer de
250 mL.
Après avoir ajusté le pH de la solution, ajouter environ 10,0 mL de solution d’iodure de potassium
KI à 20 %. La couleur brune de l'iode apparaît ainsi qu'un précipité blanc de CuI.
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2012 - 3
-
-
Titrer ensuite l'iode (I2) formé par une solution de thiosulfate de sodium jusqu'à disparition de la
couleur marron. Le terme du titrage s'établit à 16,0 mL.
La solution de thiosulfate de sodium (Na2S2O3.5H2O) a été préparée selon le protocole suivant :
Peser exactement 21,0 g de Na2S2O3.5H2O et transférer la totalité de ce qui a été pesé dans un
ballon jaugé de 250 mL.
Rincer la coupelle qui a servi à la pesée et recueillir l'eau de rinçage dans le ballon.
Ajouter de l'eau distillée et agiter pour dissoudre le thiosulfate de sodium.
Ajuster au trait de jauge puis homogénéiser par retournement de la fiole, après avoir bouché
celle-ci.
Les équations des réactions sont :
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 NO3- + 2 NO + 4 H2O
Cu2+ + 2 I- → 1/2 I2 + CuI
I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62-
Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - C : 12,0 - Cu : 63,6 - I : 126,9 - S : 32,1 - Na : 23,0
RÉPONSES
Problème 1 (25 points)
Equation :
Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + H2O
n HCl = 1,0 mol
n Ca(OH) 2 = 0,5 mol
M Ca(OH)2 = 74,1 g/mol
m Ca(OH)2 = 74,1 x 0,5 = 37,05 g
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
Problème 2 (20 points)
V éthanol = (5,2/100) x 18 = 0,936 cL = 9,36 mL
m éthanol = 9,36 x 0,79 = 7,394 g
n éthanol = 7,394 / 46,0 = 0,16 mol
c éthanol = 0,016 x 4 = 0,64 mol/L
5 points
5 points
5 points
5 points
Problème 3 (30 points)
a)
n C = n CO2 = 11,0 / 44,0 = 0,25 mol
m C = 0,25 x 12 = 3 g
% C = (3 / 7,55) x 100 = 39,74 %
n H2O = 2,25 / 18,0 = 0,125 mol
n H = 2 x 0,125 = 0,250 mol
m H = 0,25 g
% H = (0,25 / 7,55) x 100 = 3,31 %
% N = 100 - 3,31 - 39,74 - 10,60 = 46,35 %
b)
n C = 39,74 / 12 = 3,31
=5
n H = 3,31
=5
Formule empirique : C5H5N5O
n N = 46,35 / 14 = 3,31
=5
n O = 10,60 / 16 = 0,66
=1
(guanine)
c)
Formule moléculaire : C5H5N5O
d)
Formule développée + accepter toute proposition plausible
3 points
3 points
2 points
3 points
3 points
2 points
2 points
2 points
4 points
3 points
3 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2012 - 4
Problème 4 (25 points)
M NaS203.5H2O = 248,2 g/mol
n S2O32- = 21,0 / 248,2 = 0,085 mol
c S2O32- = 0,085 x 4 = 0,338 mol/L
n S2O32- titrage = 0,338 x 0,016 = 0,0054 mol
n I2 = 0,0054 / 2 = 0,0027 mol
n Cu2+ = 0,0054 mol
n Cu2+ tot = 0,0054 x 40 = 0,217 mol
m Cu tot = 0,217 x 63,6 = 13,78 g
Teneur en Cu = (13,78 / 20) x 100 = 68,9 %
2 points
3 points
3 points
3 points
3 points
3 points
3 points
3 points
2 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2012 - 5
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20131
2ème épreuve -NIVEAU I (élèves de cinquième année)
Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT,
Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR,
Véronique LONNAY, Liliane MERCINY
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 74 élèves ont pris part à cette
épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient
aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
1
2
3
4
N° problème
TOTAL
Concentration
Titrage acide/base
Solubilité Formule moléculaire
Maximum
25
25
25
25
100
Moyenne
22,80
20,36
16,82
6,92
66,90
%
91,20
81,44
67,28
27,68
66,90
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 66,90 %, bien
supérieure à celle obtenue en 2012 (52,83 %).
Alors que les lauréats de 2012 avaient obtenu plus de 75 %, cette année, les 12 lauréats de 5e année, ont obtenu
plus de 90 % ; ce sont :
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
CARDINAEL
RAVOISIN
SCHOONEN
SCHOVAERS
VROONHOVE
MULLER
PAQUET
EL HOMRITI
BILBA
BONTEMPS
VANCOPPENOLLE
ROSENBRUCH
Pieter
Nathan
Cédric
Corentin
Thibault
Wendy
Arnaud
Fatima
Teddy
Ludovic
Matthias
Quentin
AR Arlon
AR Arlon
Ath.Com. E. Bockstael
Institut Saint-Louis, Namur
College St-Michel, Gosselies
AR Waimes
AR "Air Pur", Seraing
AR Serge Creuz, Bruxelles
Ath. Com. R. Catteau, Bxl
Coll. Mercier, Braine-L'Alleud
Coll. Ste-Marie, Mouscron
Coll. Ste-Marie, Saint Ghislain
Michelle BAUDOUX
Michelle BAUDOUX
Despina KATSAROS
Céline TONDEUR
Nathalie EVRARD
Sonia GALLENI
Viviane COLLIGNON
Hafida HAZOURI
Isabelle VANHAELEN
Adèle DE BONT
Fanny DOCQUIR
Christelle SUVEE
Les élèves ont très bien réussi les problèmes 1 (91,20 %) et 2 (81,44 %) et bien le problème 3 (67,28 %).
Par contre, le problème 4 n’a obtenu qu’une note de 27,68 %.
La moyenne très élevée obtenue par les lauréats indique que l'épreuve n'était pas très sélective. Pour les problèmes 1, 2 et 3, de
nombreux élèves ont fait un 100 %. Le niveau de difficulté de ces 3 problèmes était trop faible.
Rappelons que l’Olympiade est un concours, un jeu qui appelle au dépassement de soi et non pas une évaluation du niveau
des élèves d’un professeur ou d’un établissement donné.
EUSO2013
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad)
qui a eu lieu cette année à Luxembourg du 17 au 24 mars ; l’olympiade avait pour thème «'Time for more science, friendship,
knowledge and teamwork ».
1
Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg) avec le soutien de la Politique scientifique
fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Région Bruxelloise ; la Communauté Germanophone de Belgique ; les
Universités francophones ; Solvay ; Le Soir ; UCB-Pharma ; Prayon S.A.; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ;
essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles; le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie chimique ; Belgochlor ;
Belgian Shell ; la Société Royale de Chimie ; l’Association des Scientifiques sortis de l’Université libre de Bruxelles
(AScBr) ; l’Association des Chimistes sortis de l’Université catholique de Louvain (ACL) et le Centre de Didactique des
Sciences de l’Université de Mons-Hainaut.
26 pays s’étaient inscrits formant au total 44 équipes en compétition. Les participants âgés de 17 ans au maximum étaient répartis en équipes de 3 personnes. L’olympiade proprement dite comprenait deux épreuves pratiques assorties de questions
théoriques et de réflexion. Chaque épreuve pratique comportait des aspects biologiques, chimiques et physiques.
En chimie, c’est Pieter CARDINAEL qui a été sélectionné pour participer à cette épreuve.
L’équipe belge néerlandophone a obtenu une médaille d’argent tandis que l’équipe belge francophone s’est vue attribuer une
médaille de bronze.
Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants : Pieter Cardinael (Athénée Royal Arlon), Nathan Greffe
(Athénée Royal Air Pur - Seraing), Salomée Desmecht (Athénée Royal - Chênée) ; Léonard Hockx était « mentor » pour la
chimie.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
PROBLEMES
REPONSES
PROBLEME 1 (25 points)
On amène une solution de 100 mL de saccharose (C12H22O11) de concentration 1,00 mol/L à un volume
final de 1,00 L.
a)
Combien de fois a-t-on dilué la solution initiale ?
b)
Calculez la quantité de matière n (en mol) dans la solution initiale.
c)
Calculez la quantité de matière n (en mol) dans la solution diluée.
d)
Quelle est la concentration c (en mol/L) de la solution diluée ?
e)
Quelle est la concentration massique cm (en g/L) de la solution diluée ?
Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0
PROBLEME 2 (25 points)
La batterie de voiture est un accumulateur au
plomb, une sorte de pile rechargeable.
La batterie se décharge lorsqu'elle fournit du
courant, par exemple pour démarrer le moteur.
Elle se recharge ensuite grâce au courant fourni
par un alternateur entraîné par le moteur. Ce
phénomène est analogue à celui de la dynamo du
vélo.
L'équation suivante représente la décharge (de gauche à droite) et la charge (de droite à gauche) :
La concentration en acide sulfurique varie en fonction de l'état de charge de la batterie.
Par exemple, si elle est complètement chargée, la concentration de l'acide sulfurique est de 4,65 mol/L. Si
elle est complètement déchargée, sa concentration n'est plus que de 2,00 mol/L.
Pour vérifier l'état de charge d'une batterie, on peut réaliser un dosage de la concentration d'acide
sulfurique en procédant comme suit :
On prélève exactement 5,00 mL de la solution d'acide et on les introduit dans un erlenmeyer.
On dilue avec environ 100 mL d'eau désionisée.
On titre la solution d'acide sulfurique au moyen d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration
égale à 0,960 mol/L. Le titrage nécessite un volume de 36,0 mL de solution d'hydroxyde de sodium.
Quelle est la concentration c (en mol/L) de l'acide sulfurique de la batterie ?
H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) →Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)
Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - S : 32,1 - Na : 23,0
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2013 - 2
PROBLEME 3 (25 points)
L'eau de distribution de la région bruxelloise a une teneur élevée en ions calcium (Ca2+), à savoir 140 mg
d'ions Ca2+ par litre d'eau. On dit que c'est une eau dure.
Par chauffage prolongé au-dessus de 60 °C d'une eau dure, il se forme un dépôt de carbonate de calcium
qui entartre les appareils de chauffage comme les machines à laver par exemple.
La réaction de précipitation du carbonate de calcium peut s'écrire comme suit :
Ca2+ (aq) + 2 HCO3- (aq) → CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)
a)
b)
Calculez la quantité de matière n (en mol) de CaCO3 qui pourrait théoriquement précipiter à partir
de 1,00 m³ d'eau de distribution de la région bruxelloise.
Calculez la masse m (en g) de CaCO3 qui pourrait théoriquement précipiter à partir de 1,00 m³
d'eau de distribution de la région bruxelloise.
Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0 - Ca : 40,1
PROBLEME 4 (25 points)
Un sel double2, plus précisément un sulfate double de fer et d’ammonium hydraté subit l'analyse suivante.
On dissout 7,84 g du sel dans de l’eau et on ajoute du BaCl2 jusqu’à précipitation complète. On obtient
9,34 g de BaSO4.
En traitant le sel par de l’hydroxyde de calcium on obtient un dégagement d’ammoniac que l'on recueille
et dont on mesure le volume aux conditions normales de température et de pression.
A partir de 3,92 g de sel, on obtient 448 mL d’ammoniac. Enfin, on détermine que 5,88 g de sel
renferment 0,838 g de fer et 0,302 g d’hydrogène.
a)
b)
Quelle est la formule moléculaire du sel ?
Proposez une formule faisant apparaître les groupements sulfate, les groupements ammonium et
les molécules d'eau d'hydratation.
Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - S : 32,1 - Ba : 137,3 - Fe : 55,9
REPONSES
PROBLEME 1
a)
b)
c)
d)
e)
Dilution : 10 fois
n = 0,100 mol
n = 0,100 mol
c = 0,100 mol/L
cm = 0,100 mol/L x 342 g/mol = 34,2 g/L
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
PROBLEME 2
n NaOH = 0,960 mol/L x 0,036 L = 0,03456 mol
n H2SO4 = 0,03456 mol / 2 = 0,01728 mol
c H2SO4 = 0,01728 mol / 0,005 L = 3,456 mol/L
10 points
5 points
10 points
2
Un sel double est un sel qui résulte de la combinaison de deux sels comme par exemple l'alun, qui est un sulfate
double d'aluminium et de potassium, de formule KAl(SO4)2 . 12 H2O.
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2013 - 3
PROBLEME 3
n Ca2+ dans un litre = 0,140 (g/L) / 40,1 (g/mol) = 3,4912.10-3 mol
n Ca2+ dans un m³ = 1000 x 3,4912.10-3 mol = 3,4912 mol
n CaCO3 dans un m³ = 3,4912 mol
m CaCO3 dans un m³ = 3,4912 mol x 100,1 g/mol = 349,47 g
10 points
5 points
5 points
5 points
PROBLEME 4
M BaSO4 = 233,4 g/mol
n BaSO4 = 9,34 g / 233,4 g/mol = 0,0400 mol
n SO42- = n S = 0,0400 mol
m S = 0,0400 mol x 32,1= 1,2845 g
% S = (1,2845 g / 7,84 g) x 100 = 16,38 %
5 points
n NH3 = n N = 0,448 L / 22,4 L/mol = 0,0200 mol
m N = 0,0200 mol x 14 g/mol = 0,28 g
% N = (0,28 g / 3,92 g) x 100 = 7,143 %
5 points
% Fe = (0,838 g / 5,88 g) x 100 = 14,25 %
% H = (0,302 g / 5,88 g) x 100 = 5,136 %
% O = 100 - %S - % N - % Fe - %H = 57,09 %
2 points
2 points
2 points
n S = 16,38 / 32,1 = 0,51
n N = 7,143 / 14,0 = 0,51
n Fe = 14,25 / 55,9 = 0,25
n H = 5,13
n O = 57,09 / 16,0 = 3,57
Formule moléculaire : H20FeN2O14S2
Formule "développée" : (NH4)2Fe(SO4)2 . 6 H2O
PROBLEME 4
3 points
3 points
3 points
VARIANTE
M BaSO4 = 233,4 g/mol
n BaSO4 = 9,34 g / 233,4 g/mol = 0,0400 mol
n SO42- = 0,0400 mol
4 points
Dans une mole de sel, si n SO42- = 2,00 mol alors
M sel = (7,84 g/ 0,0400 mol) x 2,00 = 392 g/mol
4 points
Dans 3,92 g de sel, n NH3 = 0,448 L / 22,4 L/mol = 0,0200 mol
Donc, dans 392 g de sel il y a 2,00 mol d’ions NH4+
4 points
Dans 5,88 g de sel, n Fe = 0,838 g / 55,87 g/mol = 0,0150 mol
Dans une mole de sel ou 392 g,
n Fe = (0,0150 mol / 5,88 g) x 392 g = 1,00 mol
3 points
La formule est donc (NH4)2Fe(SO4)2. xH2O
3 points
On obtient la quantité de matière de H2O, à partir de la masse d’hydrogène.
n H = [(0,302 g/ 1,0 g/mol) / 5,88 g] x 392 g = 20,13
Considérons que n H =20
3 points
+
Comme il y a deux ions NH4 , il faut retirer 8 H de sorte qu’il en reste 12, ce qui correspond à 6 H2O
La formule finale est donc à : (NH4)2Fe(SO4)2. 6H2O
4 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2013 - 4
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2014
PROBLEMES - NIVEAU I (élèves de 5ème)
R. CAHAY, G. DINTILHAC, J.C. DUPONT, J. FURNEMONT,
D. GRANATOROWICZ, C. HOUSSIER, S. LENOIR
V. LONNAY, L. MERCINY, M. PETIT, C. STEGEN
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. Un
problème complémentaire était aussi proposé pour départager les ex-æquo éventuels. 88
élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser
une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses
atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
N° problème
1
2
3
4
TOTAL
Masse
Stœchiométrie,
Titrage,
Formule brute,
molaire,
rendement
concentration
structure de
concentration
Lewis
Maximum
25
25
25
25
100
Moyenne
19,80
17,84
14,84
15,80
68,28
79,2
71,4
59,4
63,2
68,3
%
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 68,3% un peu
supérieure à celle obtenue en 2013 (66,90 %).
Alors que les lauréats de 2013 avaient obtenu plus de 90 %, cette année, les 11 lauréats de 5e
année, ont obtenu plus de 99 % ; ce sont :
Nom
ROUSSEAUX
VLAEMINCK
LEONARDI
GHIOULEAS
NUYTTEN
QUATRESOOZ
MARICHAL
THIEFFRY
PACE
VANBRABANT
LHUIRE
Prénom
Tom
Jean-Martin
Maxine
Léna
Manon
Florian
Joachim
Sylvia
Manuel
Martin
Anne-Charlotte
Classement
1
2
3
4
5
5
5
8
8
8
11
Ecole
Institut Saint-Louis, Namur
C.S. Maria Assumpta, Laeken
École Européenne, Bruxelles I
Collège du Christ-Roi, Ottignies
Institut Saint-Henri, Comines
Coll. C Mercier, Braine-l'Alleud
Institut Notre-Dame, Thuin
Athénée A Max, Bruxelles I
CS Saint-Benoît, Habay
CS Saint-Benoît, Habay
Athénée Royal, Arlon
Professeur
F. VAN PACHTERBEKE
A. ROUSSEAU
I. QUERTON
M. DELVIGNE
D. DE GUSSEM
A. DE BONT
A. LIEGEOIS
I. MESSARI
M. VANOVERSCHELDE
M. VANOVERSCHELDE
M. BAUDOUX
Ces 11 lauréats de 5ème 2014 seront admis directement à la 2 ème épreuve s'ils s'inscrivent à
l'Olympiade de Chimie 2015.
Pour ce niveau d'épreuve, il faudra absolument veiller à choisir des questions plus difficiles,
plus sélectives. Nous avions 10 élèves avec un score de 100/100 et 1 élève à 99/100 (seuil
choisi pour la sélection des lauréats de 5ème). Le 5ème problème a permis de les départager
mais cela reste trop serré et il reste des ex-æquo. Le lauréat classé 1er et qui va à l'EUSO a
obtenu 124/125.
EUSO 2014
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant (Tom ROUSSEAUX) pour
participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Athènes,
Grèce, du 30 mars au 6 avril 2014.
25 pays s’étaient inscrits formant au total 50 équipes en compétition. Les participants âgés de
17 ans au maximum étaient répartis en équipes de 3 personnes. L’olympiade proprement dite
comprenait deux épreuves pratiques assorties de questions théoriques et de réflexion. Chaque
épreuve pratique comportait des aspects biologiques, chimiques et physiques. Les questions
étaient d'un niveau élevé : mesures de viscosité, d'indice de réfraction, de conductance
électrique, électrolyse, titrages rédox, spectrophotométrie.
Les équipes belges ont très bien travaillé. L'an passé la médaille d'argent était attribuée à
partir de 150/200 environ. Cette année, le niveau était extrêmement élevé et la 1 ère médaille
d'argent a été attribuée à 175/200, ce qui ne laisse qu'une médaille de bronze pour chaque
équipe belge dont les résultats avoisinaient les 150/200.
Toutes nos félicitations aux 3 étudiants de l'équipe francophone. Léonard Hocks en était le
« mentor » pour la chimie.
Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso2014.eu/
http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html
PROBLEMES
REPONSES
PROBLEME 1 (25 points)
Le sulfate de cuivre(II) pentahydraté (CuSO4.5H2O) est utilisé comme algicide (produit
antialgues) dans les eaux de certaines piscines. Cela évite la prolifération d'algues et l'eau est
ainsi plus propre et sans danger pour le baigneur. La quantité de sulfate de cuivre(II) doit
toutefois respecter une teneur limite fixée par la législation. Cette teneur est de 10,0 mg/L en
sulfate de cuivre(II) pentahydraté.
a)
Calculer la masse molaire du sulfate de cuivre(II) pentahydraté.
b)
Une personne prépare une solution de sulfate de cuivre(II) pentahydraté en
plaçant 200 g de CuSO4.5H2O dans un arrosoir de contenance égale à 20,0 L.
Calculer la concentration c (en mol/L) de cette solution ?
c)
Quelle est la couleur de la solution obtenue ?
d)
Le contenu de l'arrosoir est dispersé dans une piscine de 50,0 m³.
Calculer la concentration c (en mol/L) en CuSO4.5H2O dans l'eau de la piscine.
e)
Montrer que cette personne respecte la législation.
Ar : Cu : 63,5 - S : 32,1 - O : 16,0 - H : 1,01
PROBLEME 2 (25 points)
Synthèse d'un analgésique : le paracétamol.
Le paracétamol, de formule C8H9NO2 a des propriétés analgésiques (il atténue la douleur) et
antipyrétiques (il réduit la fièvre). Il est obtenu par synthèse organique en faisant réagir du 4aminophénol (C6H7NO) et de l'anhydride acétique (C4H6O3).
Au cours de cette réaction, il se forme aussi de l'acide éthanoïque (acétique), CH3-COOH ou
C2H4O2.
L'équation pondérée (équilibrée) de cette réaction est :
C4H6O3 (l) + C6H7NO (s) → C8H9NO2 (s) + CH3COOH (l)
ACLg - Olympiade de chimie 2014 - Problèmes - 2
Protocole expérimental :
On dissout par chauffage au bain-marie, 10,0 g de cristaux de 4-aminophénol dans 100 mL
d'une solution d'eau et d'acide acétique*.
Après refroidissement, on ajoute 5,00 mL d'anhydride acétique liquide en agitant en
permanence.
On chauffe à nouveau au bain-marie à 50,0 °C pendant 20 minutes. On refroidit la solution
dans un bain de glace et on observe la formation de cristaux. Ceux-ci sont filtrés et séchés. La
masse des cristaux obtenus est égale à 5,70 g.
(NB : l''acide acétique n'intervient pas à ce moment comme réactif mais comme agent facilitant la dissolution du
4-aminophénol)
a)
b)
Calculer la masse m (en g) de paracétamol qui pourrait théoriquement se former à
partir des quantités de réactifs mises en œuvre.
Calculer le rendement η (en %) de cette réaction.
Le rendement d'une réaction est le rapport entre la masse expérimentale de produit
désiré effectivement obtenue et la masse maximale théorique que l'on est en droit
d'attendre compte tenu de la stœchiométrie de la réaction et des quantités de réactifs
mises en œuvre. Il s'exprime en pourcents selon l'expression suivante :
η = (m exp / m th) x 100 (%)
(Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0 - O : 16,0 - N : 14,0 -
masse volumique ρ C4H6O3 = 1,08 g/mL)
PROBLEME 3 (25 points)
Degré d'acidité d'un vinaigre
On dispose d'une bouteille de vinaigre dont on veut déterminer le degré d'acidité.
Le degré d'acidité (°) représente la masse d'acide éthanoïque (acétique exprimée) en gramme,
présente dans 100 g de vinaigre. 1,00° correspond donc à 1,00 g d'acide acétique pur pour
100 g de vinaigre.
On admet que le seul acide présent dans le vinaigre est l'acide acétique et que la masse
volumique du vinaigre est égale à 1,00 g/mL.
On dilue dix fois le vinaigre pour obtenir une solution diluée.
On prélève 20,0 mL de cette solution et on réalise un dosage de l'acide acétique à l'aide d'une
solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration c = 0,100 mol/L.
Il faut 20,8 mL de solution d'hydroxyde de sodium pour neutraliser l'acide acétique selon
l'équation :
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + NaCl
a)
Calculer la concentration c (en mol/L) de la solution diluée.
b)
Calculer la concentration c (en mol/L) du vinaigre.
c)
Calculer le degré d'acidité (en °) de ce vinaigre.
(Ar : H : 1,01 - Na : 23,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - C : 12,0)
PROBLEME 4 (25 points)
Un brasseur rencontre des problèmes récurrents lors de la cuisson de son moût. Des odeurs
désagréables de choux cuit se forment et dénaturent le goût de sa bière. Il décide de confier un
échantillon de son brassin à un laboratoire afin de déterminer la nature de la substance
indésirable. Après avoir isolé la substance et déterminé qu'elle ne contenait que des atomes de
S, H et C, le laboratoire procède à son analyse en vue déterminer sa structure.
Pour cela, on fait réagir avec du dichlore (Cl2) une masse 6,20 g de cette substance.
On recueille 21,9 g de HCl, 30,8 g de CCl4 et 10,3 g de SCl2.
a)
Déterminer la formule brute la plus simple de ce composé.
ACLg - Olympiade de chimie 2014 - Problèmes - 3
b)
A partir de cette formule, proposer une structure de Lewis plausible pour ce composé.
(Ar : Cl : 35,5 - S : 32,1 - O : 16,0 - H : 1,01 - C : 12,0)
PROBLEME 5 (25 points)
PROBLEME COMPLEMENTAIRE DESTINE A DEPARTAGER LES EX-AEQUO
On désire déterminer le pourcentage massique de CaCO3* d'une roche calcaire. Pour ce faire,
on broie un échantillon de roche d'une masse de 9,20 g. On plonge ensuite le solide dans un
erlenmeyer contenant précisément 400 mL d'une solution de HCl de concentration c = 0,500
mol/L. Une réaction démarre aussitôt ; elle s'accompagne d'un dégagement gazeux.
On laisse cette réaction aller jusqu'à son terme c'est-à-dire jusqu'à la disparition du
dégagement gazeux. On prélève alors 100 mL de la solution réactionnelle que l'on dose à
l'aide d'une solution de NaOH de concentration c = 1,00 mol/L.
Il faut 17,8 mL de cette solution de NaOH pour neutraliser 100 mL de la solution
réactionnelle.
(NB : on admettra que CaCO3 est la seule espèce chimique présente dans la roche qui peut réagir avec HCl)
a)
b)
c)
Ecrire l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction entre le CaCO 3 et HCl
Ecrire l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction du dosage.
Déterminer le pourcentage massique de la roche en CaCO3.
(Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - Ca : 40,1 - Na : 23,0 - Cl : 35,5 - C = 12,0)
REPONSES
PROBLEME 1 (25 points)
a) M CuSO4.5H2O = 249,7 g/mol
b) c = 200 / (249,7 × 20,0) = 4,00 × 10-2 mol/L
c) Solution bleue
d) c = (4,00.10-2 × 20,0) / 50,0 × 103 = 1,60 × 10-5 mol/L
5 points
5 points
5 points
5 points
e) cm = 1,60 × 10-5 mol/L × 249,7 = 4,00 × 10-3 g/L ou 4,00 mg/L
La législation est respectée
5 points
PROBLEME 2 (25 points)
a) M C4H6O3 = 102,06 g/mol
M C6H7NO = 109,07 g/mol
M C8H9NO2 = 151,09 g/mol
m C4H6O3 = 5 × 1,08 = 5,40 g
n C4H6O3 = 5,40 / 102,06 = 0,0529 mol
n C6H7NO = 10,0 / 109,07 = 0,0917 mol
6 points
5 points
5 points
m théorique C8H9NO2 = 0,0529 × 151,09 = 7,99 g
5 points
b) η = (5,70 / 7,99) × 100 = 71,3 %
4 points
PROBLEME 3 (25 points)
c solution diluée = (0,100 × 20,8 ) / 20 = 0,104 mol/L
c vinaigre = 0,104 × 10 = 1,04 mol/L
M C2H4O2 = 60,04 g/mol
degré d'acidité = (60,04 × 1,04) /10 = 6,24°
10 points
5 points
5 points
5 points
ACLg - Olympiade de chimie 2014 - Problèmes - 4
PROBLEME 4 (25 points)
S : (10,3 / 103,1) × 32,1 × (100 / 6,20) = 51,7 %
5 points
C : (30,8 / 154) × 12,0 × (100 / 6,20) = 38,7 %
5 points
H : (21,9 / 36,51) × 1,01 × (100 / 6,20) = 9,77 %
Formule brute la plus simple :
S : 51,7 / 32,1 = 1,61 mol dans 100 g de composé S : 1
C : 38,7 / 12,0 = 3,23 mol dans 100 g de composé C : 2
H : 9,77 / 1,01 = 9,67 mol dans 100 g de composé H : 6
Formule : C2H6S
Structure : Diméthylsulfure ou toute autre structure plausible
5 points
5 points
5 points
VARIANTE ; dans 6,2 g de substance, il y a :
S : 10,3 / 103,1 = 0,100 mol
C : 30,8 / 154 = 0,200 mol
H : 21,9 / 36,51 = 0,600 mol
Formule : C2H6S
Structure : Diméthylsulfure ou toute autre structure plausible
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
PROBLEME 5 (25 points)
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
3 points
HCl + NaOH → NaCl + H2O
3 points
n HCl dans les 400 mL de départ = 0,500 × 0,400 = 0,200 mol
n HCl dans les 100 mL prélevés = 0,0178 mol
n HCl dans les 400 mL de la solution obtenue = 0,0178 × 4 = 0,0712 mol
n HCl consommés = 0,200 - 0,0712 = 0,129 mol
n CaCO3 = 0,129 / 2 = 0,0644 mol
3 points
3 points
3 points
3 points
3 points
m CaCO3 = 0,0644 × 100,01 = 6,44 g
2 points
% massique = (6,44 / 9,2) × 100 = 70,0 %
2 points
ACLg - Olympiade de chimie 2014 - Problèmes - 5
OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20151
2ème épreuve -NIVEAU 1 (élèves de 5ème année)
par D. GRANATOROWICZ, G. DINTILHAC, J.C. DUPONT, S. LENOIR, V. LONNAY,
L. MERCINY, M. PETIT, C. STEGEN, R. CAHAY, J. FURNEMONT, C. HOUSSIER
Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes principaux
et un problème subsidiaire. La note du problème supplémentaire aurait pu être prise en compte
s’il avait fallu départager les ex-aequo en vue de l’EUSO (European Union Science Olympiad).
Cela n’a pas été nécessaire cette année. 89 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures
pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi
d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.
Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :
TOTAL
N° problème
1
2
3
4
5
Formules
Matière
Stœchiométrie, Formules Masse molaire
Titrage,
d’une
quantité de
d’une
de l’europium concentration,
substance
matière
substance
Pourcentage
organique
organique
massique
25
Maximum
25
25
25
25
100
3,66
Moyenne
17,30
11,79
17,31
7,66
54,07
14,6
69,2
47,2
69,2
30,6
54,1
%
La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 54,1 %
nettement inférieure à celle obtenue en 2014 (68,3%). Cela s'explique vraisemblablement par le
fait que les rédacteurs ont accru le niveau de difficulté de l'épreuve 2015 ce, afin de répondre à
l'exigence de sélection pour l'EUSO. En effet, les lauréats de 2014 avaient obtenu plus de 99 % ; il
avait fallu les départager, ce qui n’a pas été le cas cette année.
Selon les correcteurs, les élèves amélioreraient probablement leurs résultats en utilisant un
formalisme scientifique (expressions mathématiques intégrant aussi les unités) ainsi que les trois
formules, n = m/M ; c = n / V et n = V / Vm .
Par exemple, dans le problème 2, on doit déterminer la formule moléculaire d’un composé
organique. Les données nous informent que la combustion de 1,00 g de composé fournit 1,91 g de
dioxyde de carbone. Plutôt qu’utiliser un raisonnement avec règle de trois, on peut directement
écrire :
n(CO2) = m(CO2) / M(CO2) = 1,91 g / 44,01 g.mol-1 = 0,434 mol
Avec le soutien de la Politique scientifique fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Communauté
Germanophone de Belgique ; Solvay ; Le Soir ; Prayon sa ; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ; essenscia
Wallonie; essenscia Bruxelles ; Co-valent ; la Société Royale de Chimie ; la Région Bruxelloise ; les Universités
Francophones.
1
L'histogramme des
résultats ci-contre montre
que les pics principaux se
situent aux alentours de 55
à 75 % des points.
Sur les 89 qui ont participé
à l'épreuve, il y en a 50 qui
ont obtenu un score entre
15 et 55 % .
Les 12 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 85 % ou plus, sont :
Nom
Prénom
STOJEK
Aleksandra
CHABOT
Classement
Ecole
Professeur
1
Coll. St Michel, Bruxelles
D. VAN NAEMEN
Olivier
2
Athénée Royal, Waremme
C. LIBERT
VERMEYLEN
Valentin
3
CS St-Benoît St-Servais, Liège
M.J. MASY
RÖSSLER
Nicolas
4
Königliches Athenäum, Eupen
B. LEYH-NIHANT
TEREFENKO
Alexandre
5
Athénée Provincial, La Louvière
S. ERGOT
PANKERT
Joachim
6
Königliches Athenäum, Eupen
B. LEYH-NIHANT
QUIRINY
Antoine
7
Institut Saint-Laurent, Marche
C. LECOMTE
DIELS
Amaury
8
AR Arlon
M. BAUDOUX
DELCROIX
Mathieu
9
Institut Saint-Joseph, Carlsbourg
Y. MOLINE
KAMGA
Oscar
10
AthCom.M. Destenay, Liège 2
W. CINO
ROZET
François
11
CS St-Benoît St-Servais, Liège
M.J. MASY
VANDENBROUCKE
Vincent
12
Collège St-Michel, Gosselies
N. EVRARD
EUSO 2014
Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner une étudiante (Aleksandra STOJEK) pour
participer à l'EUSO qui a eu lieu cette année à Klagenfurt, Autriche, du 26 avril au 3 mai 2015.
L’olympiade avait pour thème «Keep calm and science on».
25 des 28 pays de l’UE se sont confrontés avec chacun deux équipes de 3 participants âgés de 17
ans au maximum. L’olympiade proprement dite comprenait deux épreuves pratiques assorties de
questions théoriques et de réflexion. Chaque épreuve pratique comportait des aspects biologiques,
chimiques et physiques.
L’équipe belge néerlandophone a obtenu une médaille d’argent tandis que l’équipe belge
francophone s’est vue attribuer une médaille de bronze.
Toutes nos félicitations à l'équipe francophone qui se composait de Olivier Chabot (Athénée Royal
Waremme), Cyrille Kervyn de Marcke ten Driessche (Athénée Royal Arlon) et Aleksandra Stojek
(Collège Saint-Michel Bruxelles).
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2015 - 2
QUESTIONS
Problème 1 Equations - Stœchiométrie - Concentrations (25 pts)
REPONSES
La décomposition par fermentation du sucre (C6H12O6), contenu dans le jus de raisin, donne de
l'éthanol (C2H5OH) et du dioxyde de carbone (CO2) .
a) Compléter et équilibrer (pondérer) l'équation de cette réaction.
b) Quelle est la quantité de matière (en mol) d'éthanol obtenue par la fermentation de 75,0 L de jus
de raisin contenant 240 g de sucre par litre ?
c) Quel est le volume (en m³) de dioxyde de carbone formé (aux conditions normales de
température et de pression) ?
d) Quel est le degré alcoolique (en °) du vin obtenu par fermentation de ce jus de raisin ? Par
convention, 1 ° correspond à 1 mL d'éthanol pur contenu dans 100 mL de vin ou d'une boisson
alcolisée.
Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0 -- ρ éthanol = 0,740 g/cm³
Problème 2 Analyse pondérale - Structure de Lewis (25 pts)
On a brûlé dans l'oxygène une masse de 1,00 g d'une matière organique formée uniquement de
carbone, d'hydrogène et d'oxygène.
On a ainsi obtenu 1,91 g de dioxyde de carbone et 1,17 g d'eau.
a) Sachant que la masse molaire de cette matière organique vaut 46,0 g/mol, déterminer sa formule
moléculaire (formule brute).
b) Cette formule moléculaire est compatible avec deux formules de structure développée
correspondant à deux substances différentes.
Proposer pour chacune d'elles, une structure de Lewis, en utilisant uniquement des liaisons
covalentes normales et en indiquant tous les électrons de valence
Il n'est pas nécessaire d'indiquer les charges partielles des atomes.
Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0
Problème 3 Stœchiométrie (25pts)
Afin de déterminer la masse molaire atomique de l'europium, on dissout en solution
aqueuse 1,00 g de dichlorure d'europium (EuCl2) que l'on traite ensuite avec un
excès d'une solution aqueuse de nitrate d'argent (AgNO3).
La totalité des ions chlorures précipite sous forme de 1,29 g de chlorure d'argent
(AgCl).
Selon ce protocole, quelle valeur obtient-on pour la masse molaire atomique de
l'europium ?
Ar : Cl : 35,5 - Ag : 108
Problème 4 Stœchiométrie - Concentrations - Chimie au quotidien (25 pts)
Le peroxyde d'hydrogène est un composé chimique de formule H 2O2. Il s'agit d'un liquide clair,
légèrement plus visqueux que l'eau, incolore en solution. Ses propriétés oxydantes font de lui un
réactif utilisé dans de nombreux domaines, par exemple, pour le blanchiment de diverses matières
ou encore la désinfection. Il est communément appelé eau oxygénée car on l'utilise en solution dans
l'eau, à des concentrations diverses.
Pour mesurer la concentration d'une solution commerciale d’eau oxygénée, on peut procéder
comme suit :
On prélève 2,00 mL de cette solution incolore et on les fait réagir, en milieu acide,
avec 100 mL d’une solution de coloration rose-mauve de permanganate de
potassium (KMnO4) de concentration égale à 0,0100 mol/L.
Equation 1 : 5 H2O2 + 2 MnO4- + 6 H+ → 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2
Au terme de cette première réaction, la solution obtenue présente une coloration rose - mauve, ce
qui révèle la présence d'un excès de permanganate de potassium.
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2015 - 3
Afin de mesurer cet excès, on prélève 20,0 mL de cette solution en vue d’un dosage à l’aide d’une
solution de sulfate de fer et d’ammonium (Fe(NH4) 2 (SO4) 2 ). Ce dosage consiste à faire réagir
quantitativement le permanganate de potassium en excès avec une solution de sulfate de fer et
d’ammonium dont on connaît avec précision la concentration. Le terme du dosage est atteint
lorsque la prise d’essai de 20,0 mL se décolore définitivement, ce qui indique la disparition
complète des ions MnO4Equation 2 : MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ → Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
La solution de sulfate de fer et d'ammonium utilisée pour cette deuxième réaction, contient 4,23 g
de Fe(NH4) 2(SO4) 2 pour un volume de 500 mL d’eau distillée. Le volume de solution de sulfate de
fer et d’ammonium utilisé pour arriver à la décoloration est de 21,1 mL.
a) Calculer la concentration (mol/L) de la solution d’eau oxygénée.
b) Sachant que cette solution a une masse volumique de 1,01 g/cm3, calculez le pourcentage
massique en H2O2 de cette solution.
Ar : - H : 1,01 - N : 14,0 - O : 16,0 - Fe : 55,8 - Mn : 54,9 - S : 32,1
REPONSES
Problème 1 (25 pts)
a) C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH
4 points
b) msucre : 240 g/L × 75,0 L = 18000 g
M C6H12O6 = 180,12 g/mol
n éthanol : (18000/180,12) × 2 = 200 mol
3 points
1 point
3 points
c) V CO2 = 199,87 ×22,4 = 4477 L = 4,48 m3
d) M C2H5OH = 46,06 g/mol
3 points
1 points
m éthanol = 46,06 × 199,87 = 9205,9 g
V éthanol = 9205,9 / 0,740 = 12440 mL
Degré alcoolique = 12440 mL / 75,0 L = 165,87 mL par L
Degré alcoolique = 16,6 °
3 points
3 points
2 points
2 points
Problème 2 (25 pts)
a) n C = 1,91 / 44,01 = 0,043399 mol
m C = 0,043399 x 12,0 = 0,52079 g de C
n H = (1,17 / 18,02) x 2 = 0,12986 mol
m H = 0,129856 x 1,01 = 0,13115 g
m O = 1,00 - 0,52079 - 0,131154 = 0,34805 g
n O = 0,34805 / 16,0 = 0,021753 mol
n C = 0,043399 / 0,043399 = 1,00
n H = 0,129856 / 0,043399 = 2,99
n O = 0,021726 / 0,043399 = 0,501
Formule moléculaire empirique : (C2H6O)x
Formule moléculaire : C2H6O
b) Structures de Lewis de :
éthanol
diméthyléther
4 points
6 points
4 points
5 points
3 points
3 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2015 - 4
VARIANTE pour a)
Soit CxHyOz la formule moléculaire du composé.
Équation de combustion CxHyOz (g) + wO2(g) → xCO2(g) + y/2 H2O
La combustion de 1,00 g de CxHyOz fournit 1,91 g de CO2 et 1,17 g d’H2O
La combustion de 46 g (1 mol) de CxHyOz fournit
87,86 g de CO2, soit 2 mol
53,82 g d’H2O, soit 3 mol.
x=2
y=6
Puisque M = 46 g mol-1, z = 1
Formule moléculaire = C2H6O
5 points
3 points
3 points
2 points
2 points
4 points
Problème 3 (25 pts)
n AgCl = 1,29 / 143,5 = 8,9895.10-3 mol
n Cl- = 8,9895.10-3 mol
n EuCl2 = 8,9895.10-3 / 2 = 4,4947.10-3 mol
M EuCl2 = 1,00 / 4,4947.10-3 = 222,4 g/mol
M Eu = 222,4 - 71 = 151 g/mol
5 points
5 points
5 points
5 points
5 points
Problème 4 (25 pts)
a) M Fe(NH4)2(SO4) 2 = 284,08 g/mol
c Fe(NH4)2(SO4) 2 = (4,23 / 284,08) / 0,5 = 0,02978 mol/L
2 points
2 points
n Fe2+ dosage = 0,02978 × 21,1.10-3 = 6,28465×10-4 mol
2 points
n MnO4 dosage 20,0 mL = 6,28465.10-4 / 5= 1,25673×10-4 mol
-
-4
-4
2 points
n MnO4 total excès = 1,25673.10 × (102/20) = 6,40933×10 mol
3 points
n MnO4- total départ = 0,01 × 0,0100 = 0,00100 mol = 1,000 × 10-3 mol
2 points
n MnO4- réaction H2O2 = 1,000 × 10-3 - 6,40933×10-4 = 3,59067×10-4 mol
2 points
n H2O2 réaction = 3,59067×10-4 × 5/2 = 8,97669×10-4 mol
2 points
-4
-3
c H2O2 = 8,97669×10 / 2,00×10 = 0,449 mol/L
b) M H2O2 = 34,02 g/mol
cm H2O2 = 0,4488 × 34,02 = 15,269 g/L
2 points
2 points
2 points
% m/m H2O2 = (15,269 / 1010) × 100 = 15,1 %
2 points
ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2015 - 5