Ecrit - Olympiades de chimie

Olympiades de la chimie
Ecrit Olympiades de la chimie 2011 : la chimie et l’eau
1)
L’eau recouvre-t-elle 30, 50 ou 70 % de la surface de la terre ?
2)
L’eau salée représente-elle 57, 77 ou 97 % de l’eau totale sur la terre ?
3)
Citez un chimiste qui, au XVIIIème siècle, a réussi une des premières synthèses de l’eau.
4)
Quelle est la géométrie de la molécule d’eau ? La dessiner.
5)
L’eau est une molécule polaire, qu’est-ce que cela signifie ?
6)
Les fours à micro-ondes fonctionnent en faisant changer de sens rapidement les molécules
d’eau selon une certaine fréquence. Celle-ci est de l’ordre de 2.5 GHz. Combien de fois
changent-elles de sens par seconde ?
7)
La température d’ébullition de l’eau sous la pression atmosphérique est de 100 °C et devrait
en principe être de -80 °C. A quoi est-ce dû ?
8)
Pourquoi la vie aquatique est-elle encore possible dans des lacs gelés ?
9)
Citez 2 phénomènes qui s’expliquent par la forte tension superficielle de l’eau.
10)
Qu’est-ce que la surfusion de l’eau ? Quelle peuvent en être les conséquences ?
11)
L’eau est un très bon solvant. Son premier rôle lors de la dissolution d’un composé dans l’eau
est l’ionisation du composé, son deuxième rôle est la dispersion puis le troisième rôle est la
solvatation. Quelle propriété physique de l’eau est responsable de la bonne dispersion des ions
dans l’eau ?
12)
L’eau réagit violemment avec le sodium (Na). Ecrire l’équation de réaction entre le sodium et
l’eau.
13)
Ecrire l’équation d’autoprotolyse de l’eau.
14)
Soit la synthèse d’un ester :
O
CH3
CH3
APTS
O
+
H3C
OH
+
HO
CH3
H3C
O
H2O
CH3
On engage 19.44 g d’alcool et 31.5 g d’acide avec Malcool = 88.0 g.mol-1 et Macide carboxylique = 60.0 g.mol-1 et
Mester = 130 g.mol-1
a) Quelle masse théorique d’ester devrait-on obtenir si la réaction était totale ?
b) On obtient en fait 7 g d’ester. Quel est le rendement de cette estérification ?
c) Comment d’une manière générale peut-on améliorer le rendement d’une estérification ?
d) Qu’est-ce qu’un montage Dean Stark ?
e) A quoi sert l’APTS (acide paratoluène sulfonique) dans cette réaction ?
15)
Lors d’une synthèse organique, après diverses extractions, on traite parfois la phase
organique avec du sulfate de magnésium anhydre. A quoi cela sert-il ?
16)
Qu’est-ce que l’eutrophisation d’un cours d’eau ?
17)
D’où peut provenir l’excès de nitrate dans les nappes phréatiques ou dans les rivières ?
18)
Pourquoi est-il important de doser dioxygène dissous dans l’eau ?
19)
Qu’est-ce que la dureté d’une eau ? En quelle unité s’exprime-t-elle ?
20)
Lorsqu’on dose les ions chlorures dans un volume V = 10.0 mL d’eau par le nitrate d’argent
([Ag+] = 0.125 mol.L-1) avec le chromate de potassium comme indicateur (méthode de Mohr), on
trouve un volume équivalent de Veq = 12.8 mL. Quelle est la concentration en chlorure de l’eau
en mol.L-1 ? et en g.L-1 ? On donne MCl = 35.5 g.mol-1.
21)
Soit le dosage spectrophotométrique des ions Cu2+ dans l’eau.
On utilise une solution étalon en cuivre de concentration [Cu2+]0 = 4.10-3 mol.L-1.
On prépare une gamme étalon (échelle de teinte) de la façon suivante :
Dans une fiole jaugée de 50 mL, introduire un volume V0 de la solution étalon, le volume V1 de solution
d’ammoniac à 2 mol.L-1, puis ajuster à 50 mL avec de l’eau distillée. On prépare ainsi six solutions.
Solution n°
S0
S1
S2
S3
S4
S5
V0 (mL)
0
5
10
15
20
25
V1 (mL)
5
5
5
5
5
5
Eau distillée
Q.S.P. 50 mL
On prépare ensuite une fiole avec la solution inconnue :
Dans une fiole de 50 mL, on introduit un volume V0 de solution inconnue X, le volume V1 de solution
d’ammoniac puis on ajuste avec de l’eau distillée.
Solution n°
SX
V0 (mL)
10
V1 (mL)
5
Eau distillée
Q.S.P. 50 mL
a) On mesure l’absorbance de chacune de ces fioles à 612 nm. Pourquoi avons-nous choisi cette
longueur d’onde ?
b) Calculer la concentration (en mol/L) en cuivre CCu dans chacune des fioles S0 à S5.
On mesure l’absorbance de chaque fiole et l’on obtient la courbe suivante pour A = f (CCu)
On mesure pour la fiole SX, une absorbance de 0.12 et donc cela correspond à CCu = 0.9518.10-3
mol/L.
c) Quelle est la concentration en Cuivre de la solution inconnue X ?
22)
23)
Lors d’un dosage complexométrique, on utilise de l’EDTA. Quelle est la formule de l’EDTA ?
a) Lors du traitement d’une eau usée dans une station d’épuration, il reste en fin de
traitement, de l’eau que l’on rejette en mer puis un résidu. Comment appelle t- on ce résidu ?
Que peut-on en faire ?
b) Citez une opération physique effectuée lors du traitement de l’eau dans une station
d’épuration.
c) Citez un gaz corrosif et toxique susceptible de se former lors du traitement des
eaux dans une station d’épuration.
d)
La station que nous avons visité est à une pression plus basse qu’à l’extérieur,
pourquoi ?
e) Quelle est la particularité de la station d’épuration de Monaco par rapport à d’autres
stations plus classiques ?
24)
Lors du traitement des eaux usées, des contrôles de la qualité de l’eau entrant et sortant
sont effectués toutes les 2 heures, notamment la quantité de dioxygène dissous.
Au laboratoire de la station d’épuration, on prélève un échantillon d’eau auquel on ajoute des
pastilles de soude et du chlorure de manganèse solide (MnCl2(s)). Il se produit une réaction, on
repasse alors en milieu acide et on ajoute de l’iodure de potassium solide (KI(s)). Il se forme alors
du diiode.
On prélève alors Vo = 50 mL de cette solution et on effectue son dosage du diiode formé par une
solution de thiosulfate de sodium de concentration Cthio = 5,0  10-3 mol.L-1.
L’équivalence est atteinte pour un volume de solution titrante Veq = 7,2 mL.
a. Ecrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction entre l’hydroxyde de manganèse et le
dioxygène dissous.
Couples mis en jeu : O2/H2O et Mn(OH)3/Mn(OH)2
b. Pourquoi a-t-on introduit des pastilles de soude avant l’ajout de chlorure de manganèse
solide ?
c. Ecrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction de dosage.
Couples mis en jeu : I2/I- et S4O/S2O
d. On admet que les différentes réactions préliminaires au dosage peuvent être
représentées par une équation fictive : O2 + 4 H+ + 4 I-  2 I2 + 2 H2O.
A l’aide de la précédente question, montrer que la relation à l’équivalence du dosage est :

V
[ O] =   Cthio  Veqo
e. En déduire la qualité de l’eau d’après le tableau suivant et sachant que M(O) = 16,0
g.mol-1.
Numérotation
1A
1B
2
3
Classement
Excellente qualité
Potable
Industrielle
Médiocre
Industrie alimentaire,
Usages
Tous
Abreuvage animaux,
baignade
Irrigation
Navigation,
refroidissement
O2 dissous (mg.L1
)
>7
5à7
3à5
<3