Consignes pour la rentrée PCSI
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Consignes pour la rentrée PCSI Rentrée 2016/2017 Félicitations pour votre admission au Lycée Joffre.Voici quelques conseils de vos professeurs. Calculatrice. Chimie. Dans les matières scientifiques, vous aurez besoin d’une calculatrice graphique programmable. Profitez des vacances pour apprendre à vous en servir dans les domaines suivants : programmation simple (ex : résolution d’un polynôme de degré deux), régression linéaire, utilisation des différentes représentations graphiques. Une calculatrice type collège est également nécessaire, à l’oral notamment. Mathématiques. E. Cabanillas, C. Le Goff et M. Pechaud Le travail demandé se trouve à l’adresse suivante : http://mpechaud.fr/preparation/ En attendant, bonnes vacances, et bienvenue début Septembre en PCSI à Joffre. Physique. I. Ponsolle J.-S. Warkocz Dans le but de préparer la rentrée dans les meilleures conditions et vous guider dans vos révisions, il vous est demandé de revoir des éléments de cours et de vous exercer pendant les vacances. Le texte que vous trouverez à la fin de ce document comprend des rappels de cours et quelques exercices. Le texte de ce programme est donné à la fin de ce document. Le début du programme concerne : • L’architecture de la matière ; • La cinétique chimique (aspects expérimentaux et microscopiques) ; • La stéréochimie. Il est bon de se familiariser à nouveau avec : Revoir les programmes de 1ère et Terminale. • La notion de transformation, de réaction chimique, d’équation-bilan ; La première partie de l’année porte sur l’étude des ondes : faire le bilan de vos connaissances sur le sujet (ondes lumineuses, mécaniques, sonores…) • Les propriétés de la réaction chimique (constante d’équilibre, quotient de réaction) ; Revoir les notions mathématiques utiles en Physique : dérivation, intégration, formules trigonométriques. Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 • Les bilans de matière ; • Les méthodes expérimentales de suivi de réaction : titrages, UV, conductimétrie, pHmétrie. 1 Italien. Mme N’Gatoum Travail d’été : lire la presse italienne à haute voix et écouter radio, vidéo et télévision si possible. Lire la presse Quotidiens et hebdomadaires, de la majorité et de l’opposition www.repubblica.it, www.corriere.it, www.lastampa.it, www.ilsole24ore, www.ilgiornale.it, http://espresso.repubblica.it/, www.ilfattoquotidiano.it www.ansa.it (équivalent de l’AFP) les dossiers du groupe Repubblica/Espresso, Releinchieste : http://inchieste.repubblica.it/ Ecouter la radio, regarder des vidéos Le site de RADIO 3 par exemple permet d’écouter une revue de presse quotidienne à la page http://www.radio.rai.it/radio3/primapagina/ ascolta_archivio.cfm Si vous souhaitez approfondir certains sujets, vous pouvez parcourir le site de la clé de langues ou y écouter des documents http://cle.ens-lyon.fr/italien/ Des sites comme youtube ou dailymotion regorgent de vidéos en italien. Anglais. MM. Piquet & Alliès Les épreuves écrites des concours n’ont pas grandchose de commun avec l’épreuve écrite d’anglais au baccalauréat S. Suivant les concours, vous vous verrez proposer, outre un sujet d’expression personnelle, du thème, de la version, un exercice de contraction croisée, ou encore des questions sur un texte. Afin de réussir ces épreuves, il est indispensable de : • maîtriser la grammaire du cycle terminal du lycée ; • apprendre autant de vocabulaire que possible (tenir un carnet de vocabulaire personnel). En effet, si vous arrivez en CPGE avec un vocabulaire Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 2 pauvre et une grammaire hésitante, vous devrez fournir un très gros effort de mise à niveau, alors que vous aurez besoin de toutes vos forces pour « digérer » l’ensemble des cours auxquels vous aurez le plaisir – et l’honneur – d’assister. Espagnol LVA et LVB Mme Santarossa N’attendez pas la rentrée pour acheter des ouvrages spécifiques. Les professeurs vous recommandent : - Pour les Sup et Spé LVA : les épreuves des concours sont soit une synthèse en espagnol pour presque tous les concours, soit un texte accompagné de deux questions + un thème pour Mines-Ponts. • un dictionnaire bilingue - Robert & Collins en 1 ou 2 volumes ou Harrap’s Shorter ; Pour les LVA essentiellement. Quelques suggestions d'ouvrages à consulter et/ou à • le précis de vocabulaire English in the Media, de Jérôme Lepioufle et Thierry Robin, édité chez Belin. Pour la grammaire, une liste vous sera communiquée à la rentrée. Pour joindre l’utile à l’agréable : • lire la presse anglo-saxonne en version papier ou électronique (sur internet) – The Times, The Independent, Time ou Newsweek, etc. Commencez à mémoriser le vocabulaire utile en travaillant avec le dictionnaire. • lire un ou des romans policiers (en anglais!). Toute lecture suivie paiera au centuple le temps que vous y aurez passé. • les amateurs d’images – et ils sont nombreux ! – utiliseront avec profit les journaux télévisés ou les films ou séries télévisées en version originale (DVD, streaming). Profitez également de vos vacances pour parler anglais, à l’étranger bien sûr, mais aussi en France – à la plage, à la montagne, à la campagne. Rappelez-vous que les épreuves d’admission sont orales… alors que vous avez principalement été entraînés à réussir une épreuve de baccalauréat qui se passe à l’écrit. Nous avons de toute façon les moyens de vous faire parler : vous aurez la chance de passer un oral de vingt minutes tous les quinze jours dès la fin du mois de septembre ! Mais d’ici-là… PROFITEZ DE L’ETE ! Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 acquérir : • La conjugaison espagnole, de Gonzalez Hermoso, Ed. Hachette Education. • Bled espagnol -Etudes SupérieuresNouvelle Édition Pierre Gerboin , Hachette Éducation (conj., grammaire, traduction) • Pour le vocabulaire, il existe des lexiques sur Internet, par ex : http:// www.lexisrex.com/Español-VocabularioListas. Un bon outil serait cependant: Vocabulaire thématique espagnol-français -Le monde d'aujourd'hui, C. Fructuoso Sierra et alii, Ellipses, 2011. et/ou A favor o en contra Debatir en español, Monica Dorange, Ellipses, 2012 • Un dictionnaire est conseillé (par ex: GRAND DICTIONNAIRE LAROUSSE bilingue français/espagnol (420000 traductions) Pour l'approche de la civilisation du monde hispanique: • Consulter : Civilisation espagnole et hispanoaméricaine, Monica Dorange (Hachette supérieur) S'entraîner à la compréhension orale, par exemple sur: • http://www.vertaal.com (ejercicios de español para extranjeros : vocabulario, gramática, ejercicios de escucha) • Ecouter la radio : Cadena Ser (emisora de radio española), mais aussi des chansons • Regarder la télévision : Radio Televisión Española, BBC Mundo, versión en español de la BBC británica. 3 • N.B. La consolidation linguistique concerne également les LVB. Pour les LVA et les LVB • • Lire la presse en français : par ex. le Courrier International , Espaces Latinos, Manière de voir, Le Monde diplomatique, Latin Reporters, http://www.actulatino.com et aussi en espagnol par ex. El País, El Mundo, ABC, Cambio 16 (España), La Nación (Argentina), Letras Libres (México y España), La Jornada (México) • Vocable espagnol. peut simplifier l'approche de la presse en espagnol. Allemand. Juliane Allendorf Professeur d’Allemand Se procurer pour la rentrée 2016 : Obligatoire : • Du mot à la phrase, Vocabulaire allemand contemporain, Albert FINDLING, édition ellipses, ISBN 2-7298-9709-7. Pour le début des cours, connaître le lexique présenté au chapitre IX. Annexes (pages 190 à 224), y compris les verbes irréguliers!!!, ainsi que le lexique des chapitres 17 (Das Bildunsgwesen / pages 85-91), 18 (Universität und Studium, pages 92/93) et 32 (Zahlen, Gewichte und Maße / pages 149151). Il s’agit du programme lexical des interrogations orales du début de l’année. Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 Un dictionnaire bilingue français-allemand / allemand-français (minimum 150 000 entrées), édition au choix (Harraps, Larousse, …) L’Allemand de A à Z, J. Janitza, Hatier, ISBN 2-218-71800-6 Il est recommandé • de se familiariser avec l’actualité allemande en consultant régulièrement la presse allemande (format papier ou/et en ligne [Der Spiegel, Die Zeit, Focus, Die Welt, etc.]) et/ ou des sites Internet tels que Deutschland Portal, deutscher depeschen dienst, planet wissen, etc.). On peut également s’entrainer à la compréhension auditive en regardant des vidéos sur le site de Der Spiegel ou le mini-journal heute in 100 Sekunden sur le site ZDF-Mediathek. Le site Khristophoros propose également des documents, exercices et liens intéressants (écouter les informations dans une version plus lente, etc.) • de regarder des films allemands récents (Good Bye Lenin, Das Leben der Anderen, Vier Minuten, Nirgendwo in Afrika, Das Wunder von Bern, Sophie Scholl, Das weiße Band, Almanya, les films de Fatih Akin, etc. etc.) • de lire pendant les vacances un roman contemporain allemand (édition mono- ou bilingue), • et de consulter toute autre source d’information en langue allemande qui vous est accessible. Schöne Ferien und bis bald 4 Révisions - Chimie. Préambule. Les connaissances ou exercices présentés ici ne sont pas un reflet de ce que sera la chimie de classe prépa. On trouvera ici des idées sur des éléments techniques, ou des connaissances de l’ordre de la culture générale, simples mais souvent pénalisants pour déchiffrer et aborder correctement un problème de concours. Partie A - L’alphabet grec. Quoi de plus désagréable pour un examinateur que de d’entendre les lettres grecques écorchées, lors d’un oral ? Cela est du plus mauvais effet car leur utilisation fait partie des usages du scientifique, et ne pas les connaître vous rendra peu crédible. Et la première impression persiste souvent ! Nous vous demandons donc de bien connaître les plus utilisées : Symbole Prononciation α alpha β Réservée à … Symbole Prononciation Réservée à … ν nu fréquence beta ξ ksi avancement γ gamma ρ rho masse volumique δ, Δ delta σ, Σ sigma conductivité ε epsilon τ tau temps caractéristique η eta φ, Φ phi θ theta angle, tempéraure χ ki électronégativité λ lambda longueur d’onde ψ psi fonction d’onde μ mu π pi ω omega pouvoir rotatoire coefficient d'extinction molaire pulsation A savoir : • Ecrire et prononcer les lettres grecques. Partie B - Composés inorganiques usuels. Bien que le plus souvent, les énoncés des sujets de concours donnent beaucoup de renseignements, un peu de culture générale permet de gagner du temps et d’avoir une idée juste de la composition initiale de la solution, de manière à bien réfléchir à la suite. Voici donc quelques composés classiques dont la connaissance vous permettra de mieux aborder les exercices. Le cours. Quelques acides. HCl : acide chlorhydrique! HNO3 : acide nitrique! H2SO4 : acide sulfurique H2CO3 : acide carbonique CH3COOH : acide acétique puis : HNO2 : acide nitreux! H2SO3 : acide sulfureux Quelques bases. NaOH : soude! KOH : potasse! NH3 : ammoniac Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 5 Quelques anions. Ils possèdent un suffixe “ate” ou “ure” le plus souvent. OH⊖ : hydroxyde! Cl⊖ : chlorure! Br⊖ : bromure! I⊖ : iodure! NO3⊖ : nitrate SO42⊖ : sulfate! CO32⊖ : carbonate! Cr2O72⊖ : dichromate! MnO4⊖ : permanganate CN⊖ : cyanure! CH3COO⊖ : acétate! O2⊖ : oxyde puis S2O32⊖ : thiosulfate! NO2⊖ : nitrite! SO32⊖ : sulfite! I3⊖ : triiodure Quelques cations. H3O⊕ : oxonium! Na⊕ : sodium! K⊕ : potassium! Mg2⊕ : magnésium! Ca2⊕ : calcium! Fe2⊕ : ion ferreux! Fe3⊕ : ion ferrique! NH4⊕ : ammonium Al3⊕ : aluminium A savoir : • Connaître les noms usuels ci-dessus, et les charges des ions classiques. Exercices. I. Donner la formule des composés suivants. chlorure de potassium ; sulfate de sodium ; chlorure de magnésium ; oxyde d’aluminium II. Donner la composition de la solution S. On considérera que les sels (composés ioniques) sont totalement dissous dans la phase aqueuse et se dissocient en leurs ions constitutifs. On cherchera ensuite les concentrations des espèces. Soit le protocole : • On verse 3 mL d’éthanol dans une fiole jaugée de 100 mL. On ajoute ensuite 3 g de potasse. On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On obtient la solution A. • On prélève 5 mL de A qu’on verse dans une fiole jaugée de 50 mL, on complète à l’eau distillée au trait de jauge, on obtient B. • La solution C contient de la soude à 0,01 mol/L et du sulfate de sodium à 0,03 mol/L. • On réalise la solution S en mélangeant 20 mL de B et 20 mL de C. On donne : densité de l’éthanol = 0,79 Partie C - Nomenclature de chimie organique. Le cours. Nommer une molécule. En chimie organique, nommer une molécule procède des règles suivantes : 1. Rechercher la chaîne la plus longue. Si plusieurs possibilités existent, retenir la chaîne comportant le plus de fonctions. 2. Numéroter la chaîne de manière à ce que, dans l’ordre choisi, le numéro le plus petit attribué à une fonction ou un substituant soit le plus petit possible. Si on obtient le même numéro dans les deux sens, départager en regardant le numéro de celui qui arrive en second. 3. Écrire le nom : • Nommer la chaîne. • Ajouter, précédés de leurs numéros, la ou les fonctions en suffixe. Comme on ne peut mettre en suffixe qu’une ou deux fonctions, il faut choisir la fonction prioritaire grâce à l’ordre donné plus bas. • Ajouter, précédés de leurs numéros, les substituants et les fonctions en préfixe, dans l’ordre alphabétique. Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 6 Fonctions à connaître (par ordre croissant de préséance lors du choix des fonctions en suffixe, cet ordre n’est pas à connaître). Nom Formule Amine primaire C NH2 Alcool Préfixe C OH Suffixe amino- -amine hydroxy- -ol oxo- -one oxo- -al - halogénure d’...oyle carboxy- acide ...oïque - -oate de ...yle O Cétone R R' O Aldéhyde R H O Halogénure d’alcanoyle R X O Acide carboxylique R OH O Ester R OR' Les alcènes ne sont pas indiqués car ce sont les seuls qui peuvent se combiner avec un deuxième suffixe. La fonction alcène prenant place sur deux atomes de la chaîne, le numéro indiqué est le plus petit des deux. Ex: la but-1-èn-3one. O Exemples. Formule OH NH2 HO NH2 O OH Nom Remarque butan-1-ol 1 fonction propan-1-amine idem 3-aminopropan-1-ol l’alcool est prioritaire 1-hydroxypropan-2-one cétone prioritaire Substituants ramifiés ou eux-mêmes substitués. Les substituants ramifiés sont nommés de la manière suivante : • La chaîne la plus longue partant du carbone qui sera lié à la chaîne principale est numérotée à partir de la chaîne principale. • Elle est nommée à partir de l’alcane correspondant (méthyl, éthyl, etc…). • Les substituants de cette chaîne sont placés devant, par ordre alphabétique, précédés de leurs numéros. Substituant CH3- ou Me- Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 Nom systématique Nom usuel méthyl 7 Substituant Nom systématique CH3CH2- ou Et- éthyl CH3CH2-CH2- ou Pr- propyl Nom usuel H3C CH ou iPr 1-méthyléthyl isopropyl H3C CH3-CH2-CH2-CH2- ou Bu H3C butyl H2 CH C 2-méthylpropyl isobutyl H2 H C C 1-méthylpropyl sec-butyl 1,1-diméthyléthyl tertiobutyl H3C H3C CH3 CH3 H3C C ou tBu CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2H3C H2 H2 CH C C pentyl 3-méthylbutyl isopentyl H3C phényl H2 C N C benzyl cyano F-, Cl-, Br-, I- fluoro, chloro, bromo, iodo MeO- méthoxy EtO- éthoxy A savoir : • Représenter la formule semi-développée ou topologique d’une molécule à partir de son nom. • Identifier les groupes fonctionnels d’une molécule. • Nommer une molécule simple. Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 8 Exercices. III. Nommer une molécule. Nommer les composés suivants : a) H H H3C C C CH3 CH2 OH H H3C C C CH2 NH2 b) O CH3 CH3 c) H C 3 H2 C C CH CH2 IV. CH3 O H H2 H3C C C C OH CH d) CH3 3 Représenter une molécule. Représenter les formules semi-développées des composés suivants : a) 2-chloro-3-méthylpent-2-ène. ! V. ! ! b) acide 3-méthylbut-2-ènedioïque. Dénombrement d’isomères. Dénombrer, représenter et nommer les composés de formule brute C5H12. En déduire ceux de formules C5H10. On précise que les composés organiques peuvent comporter des cycles à 3 atomes ou plus. On utilisera la notation topologique pour plus de clarté. Pour chacun d’eux, dénombrer leurs stéréoisomères de configuration. VI. Mélange d’isomères. Une réaction chimique conduit à deux isomères Z et E. Pour étudier la sélectivité de la réaction, on réalise la mesure suivante : 0,05 mol du mélange Z/E est mise en solution dans 1 L d’eau distillée. On relève le spectre d’absorption en UV de ce mélange. A la longueur d’onde de travail, l’absorbance mesurée est A=1,2. Quel est le pourcentage de Z et de E dans le mélange ? On donne : longueur de la cuve l=1 cm ; ε(Z)= 25 mol-1L.cm-1 ; ε(E)= 20 mol-1L.cm-1 ; on rappelle la loi de BeerLambert A=εlc avec ε le coefficient d’extinction molaire, c la concentration et l la longueur de la cuve. Cette loi est additive. VII. Molécules et chiralité. a) Combien les composés suivants possèdent-ils de stéréoisomères de configuration : propène, but-2-ène, pentan-2,3-diol ; buta-2,3-diol ; cyclopenta-1,3-diol ? b) Pour chacun d’eaux, réfléchir aux nombre de signaux et à leur multiplicité en RMN du proton. c) Le spectre suivant correspond à l’un des composés : lequel ? déplacement chimique multiplicité intégration relative 1,11 doublet 3 3,79 quadruplet 1 3,99 singulet 1 d) Combien l’indinavir possède-t-elle de stéréoisomères de configuration ? Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 9 N OH Ph H N O O tBu OH N 1 N N H Indinavir Partie D - Titrages. Cours. Réaction de titrage. Cette réaction doit être : rapide, totale, univoque. Le deuxième point se vérifie en calculant la constante d’équilibre qui doit être très grande. Le troisième en comparant les constantes d’équilibres des réactions possibles. Si elles sont très différentes, alors les réactions se feront successivement. Une seule réaction a lieu à un moment donné du titrage. Équivalence. L’équivalence est un point particulier du titrage. A cet instant, les réactifs mis en jeu ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Cela signifie que l’on change de réactif limitant ou que les deux réactifs sont limitant en même temps. Cela se met en équation selon : ntitré/νtitré=ntitrant/νtitrant. Avec ν les nombres stœchiométriques. Remarque importante. Un titrage permet toujours de calculer une relation entre quantités de matière. Ensuite, on peut remonter à la concentration dans l’échantillon prélevé par la relation n=cv si nécessaire. Virage. Le virage permet de repérer l’équivalence car à ce moment-là, “il se passe quelque chose” (changement de couleur, saut brutal de mesure). A savoir : • Utiliser le volume équivalent pour déterminer la quantité de matière titrée, ou la concentration de l’échantillon titré. Exercice. VIII. Titrage d’un mélange. On donne, à 298 K, les couples rédox : IO3⊖ (aq) / I2 (aq)! I2 (aq) / I⊖ (aq) S4O62⊖ (aq) / S2O32⊖ (aq) On considère une solution aqueuse, notée S, contenant des ions iodate IO3– et iodure I– de concentrations respectives C1 et C2, inconnues, à un pH tel qu’il n’y a pas de réaction entre ces deux ions. Les réactions envisagées dans cet exercice seront toutes considérées quantitatives (ou quasi totales). Dosage des ions iodates. À V0 = 200,0 mL de solution S, on ajoute 10–3 mol d’iodure de sodium et quelques gouttes d’acide sulfurique à 1 mol.L–1. La solution devient alors brune, et ce mélange est dosé par une solution de thiosulfate de sodium de concentration C = 1,00.10–2 mol.L–1 : la solution redevient incolore pour un volume de thiosulfate introduit Véq = 12,0 mL. 1. Écrire les équations-bilan des réactions se produisant lors des deux phases de la manipulation : ajout d’ions iodure et d’acide sulfurique ; dosage par le thiosulfate. Note : lors de la première phase, il se produit une réaction de médiamutation : un oxydant et un réducteur d’un même élément réagissent pour former une espèce de degré d’oxydation intermédiaire, dont la couleur est ici brune. Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 10 2. Pourquoi est-il nécessaire d’ajouter a priori une quantité d’ions iodure ? Est-il utile de connaître précisément cette quantité ? Justifier brièvement. 3. Calculer C1. 4. Comment l’équivalence est-elle repérée. Indication : on ajoute quelques gouttes d’une solution d’empois d’amidon. Dosage des ions iodure. ! On dose V’0 = 100 mL de solution S par une solution de nitrate d’argent de concentration C = 1,00.10–2 mol.L–1. On suit le dosage en mesurant pAg = – log [Ag+] en fonction du volume V de nitrate d’argent introduit. On relève un saut brutal de pAg pour V=10,0 mL. On observe un précipité d’iodure d’argent dès l’ajout d’argent dans la solution. 5. En déduire C2. 6. Calculer la concentration dans la solution en ions argent et en ions iodate quand on a versé un volume V=11,0 mL. 7. L’iodate peut précipiter selon la réaction : IO3⊖ + Ag⊕ = AgIO3(s) K°=107,5 Montrer avec le calcul du quotient de réaction que le précipité d’iodate d’argent ne se forme pas. Partie E - Chimie organique. Le cours. Revoir les grandes familles de réaction, tout se qui touche à la stratégie de synthèse et à la sélectivité. Exercices. IX. Techniques expérimentales. Visionner les films détaillant des techniques expérimentales indiqués sur le blog du lycée : http://www.lyceejoffre.net/cpge/blog/2009/07/01/chimie-dm0/ Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 11 Éléments chimiques - Numéros atomiques - Masses molaires atomiques ( ( g . mol ! 1 ) ) Nom Symbole Z Masse molaire Nom Symbole Z aluminium Al 13 26,98 lithium Li 3 Masse molaire 6,94 antimoine Sb 51 121,75 magnésium Mg 12 24,31 argent Ag 47 107,87 manganèse Mn 25, 54,94 argon Ar 18 39,95 mercure Hg 80 200,59 arsenic As 33 74,92 molybdène Mo 42 95,94 azote N 7 14,01 néon Ne 10 20,18 baryum Ba 56 137,34 nickel Ni 28 58,71 béryllium Be 4 9,01 or Au 79 196,97 bismuth Bi 83 208,98 oxygène 0 8 16,00 bore B 5 10,81 palladium Pd 46 106,4 brome Br 35 79,91 phosphore P 15 30,97 cadmium Cd 48 112,40 platine Pt 78 195,09 calcium Ca 20 40,08 plomb Pb 82 207,19 carbone C 6 12,01 potassium K 19 39,10 césium Cs 55 132,90 radium Ra 88 chlore Cl 17 35,45 radon Rn 86 " 226 " 222 chrome Cr 24 51,99 rubidium Rb 37 85,47 cobalt Co 27 58,93 silicium Si 14 28,09 cuivre Cu 29 63,54 sodium Na 11 22,99 étain Sn 50 118,69 soufre S 16 32,06 fer Fe 26 55,85 strontium Sr 38 87,62 fluor F 9 19,00 titane Ti 22 47,90 gallium Ga 31 69,7 tungstène W 74 183,85 germanium Ge 32 72,59 uranium U 92 238,03 hélium He 2 4,00 vanadium V 23 50,94 hydrogène H 1 1,01 xénon Xe 54 131,30 iode I 53 126,90 zinc Zn 30 65,37 iridium Ir 77 192,20 zirconium Zr 40 91,22 krypton Kr 36 83,80 Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017 12 Corrigé. I. Composés inorganique. KCl ; Na2SO4 ; MgCl2 ; Al2O3 II. Composition d’une solution. • Solution A : 3mL d’éthanol font 3×0,79=2,37 g soit 2,37/(2×12+16+6)=0,0515 mole ; 3 g de potasse KOH font 3/ (39,1+16+1)=0,0535 mol. On a donc [ethanol]=0,515 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,535 mol/L • Solution B : il s’agit d’une dilution d’un facteur 10 : [ethanol]=0,0515 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,0535 mol/L. • Lors du mélange B+C, on a une dilution de moitié. On a donc [ethanol]=0,02575 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,02675 mol/L issus de B, Pour les ions issus de C, on a [Na⊕]=(0,01+0,03×2)/2 (car Na2SO4 pour le sulfate de sodium et NaOH pour la soude), [OH⊖]=0,01/2, [SO42⊖]=0,03/2. Au total, dans S : [ethanol]=0,02575 mol/L ; [K⊕]=0,02675 mol/L ; [Na⊕]=0,035 mol/L ; [SO42⊖]=0,015 mol/L ; [OH⊖] =0,03175 mol/L (en tenant compte de l’apport des deux solutions). III. Nomenclature. e) La chaîne la plus longue compte 5 carbones, avec comme substituants un méthyle et un hydroxy. En partant de gauche, le plus petit numéro serait 3, en partant de droite ce serait 2. On choisit donc de droite à gauche. On a donc le 3-méthylpentan-2-ol. f) Chaîne à 4, avec NH2 en position 1 si on part de la droite et cétone en position 2 si on part de la gauche. D’après les priorités, on a donc le 1-amino-2-méthylbutan-3-one. g) Il y a deux possibilités pour la chaîne la plus longue, selon la ramification choisie. On préfère y intégrer le maximum de fonctions. On a donc un alcène entre les carbones 1 et 2. On a le 2,4-diméthylpent-1-ène. h) acide 3-méthylbutanoïque. IV. Représenter une molécule. O Cl a) b) HO OH O La stéréochimie Z ou E n’est pas précisée (le a est Z sur le schéma, le b est E) V. Dénombrement. On commence par une chaîne longue à 5, puis on la raccourcit en plaçant les atomes manquant sur des chaînes latérales : pentane 2-méthylbutane 2,2-diméthylpropane Pour “enlever” deux hydrogènes, il faut soit placer une liaison C=C, soit un cycle. On reprend chaque chaîne précédente et on essaie de placer à tous les endroits possibles la liaison C=C. (pas de solution pour le diméthylpropane). On procède avec les cycles en commençant par les plus grands (car ils sont moins ramifiés et donc plus faciles). méthylcyclobutane cyclopentane 1,1-diméthylcyclopropane éthylcyclopropane 1,2-diméthylcyclopropane Remarque : si on tient compte des stéréoisomères, il faut étudier la présence d’atomes de carbone asymétriques et l’éventualité de stéréochimie Z/E des doubles liaisons. Les composés concernés sont alors le but-2-ène (Z et E) et le 1,2-diméthylcyclopropane (3 stéréoisomères dont un méso : voir cours de début d’année). VI. Mélange de molécules. On a C=0,05=CZ + CE et A=εZlCZ + εElCE ⇒ A = εZlCZ + εEl(0,05-CZ) ⇒ CZ=(A/l-εE×0,05)/(εZ - εE)=0,04 mol/L et CE=0,01 mol/L soit 80% de Z et 20% de E. VII. Ordre d’une réaction. 0. 1. butanol et acide éthanoïque. La réaction d’estérification a une constante “moyenne” qui fait qu’en général elle n’est pas quantitative. L’équilibre final se réalise en présence de produits ET de réactifs. Ici on a un excès d’alcool : on peut donc penser que cet excès va déplacer l’équilibre vers la formation de produits, et que la réaction sera totale. La réaction est catalysée par un acide : acide chlorhydrique HCl, sulfurique H2SO4 sont les plus courants. 2. v=d[H2O]/dt=d[ester]/dt=-d[alcool]/dt=-d[acide]/dt 3. v est en mol/L/s la concentration en mol/L donc k en s-1 (ou temps-1). Appelons c la concentration en acide : on a donc v=-dc/dt=kc ⇒ c’+kc=0. La solution est de la forme c=Aexp(-kt). Or à t=0, c=c(0) donc A=c(0) et c(t)=c(0)exp(-kt) 4. ln(c) = ln(c(0)) - kt. Si on trace Y=ln( c ) en fonction de X=t, on a une droite d’ordonnée à l’origine ln(c(0)) et de pente -k. On retrouve par régression linéaire Y=aX+b b=ln(c(0))=-2,12 et on trouve k=0,041 min-1, le temps étant pris en minutes. Si on a converti en secondes, on a k=6,7.10-4 s-1 VIII. Équilibre. 1. On a d’une manière générale : QR = a. a SO3 2 2 a SO2 × a O2 2 = pSO3 × p° 2 pSO2 × pO2 On utilise la loi des GP, on en déduit : QR = nSO3 2 2 nSO2 × nO2 × p°V € RT b. On utilise cette fois la loi de Dalton, d’où : € QR = x SO3 2 2 x SO2 × x O2 × p° p On prend soin de remarquer dans chacune de ces expressions que le quotient de réaction est bien sans dimension. € 2. On nous dit que la réaction est exothermique. Si on élève la température, d’après le principe des lois de modération, la réaction va se faire dans le sens qui fera diminuer T, donc dans le sens endothermique : la réaction se fera donc dans le sens retour ou indirect. 3. De même si on élève la pression, la réaction se fera de manière à la faire diminuer. Cela se fera en diminuant la quantité de matière totale, soit dans le sens direct, puisque lorsque la réaction se fait, 3 entités disparaissent et 2 apparaissent. On peut aussi raisonner sur le fait que QR=K° à l’équilibre. Prenons l’expression du 1b : si QR reste fixé à K° alors que P augmente, c’est que le facteur contenant les fractions molaires augmente aussi, ce qui se passe si la fraction de trioxyde de soufre augmente, celles de dioxygène et dioxyde de soufre diminuent : la réaction se fait donc dans le sens direct. 4. a- Prenons l’expression de QR du 1a. Dans cette expression, la deuxième partie est une constante (V et T constants). On remarque alors que la quantité d’azote n’intervient pas dans le début de l’expression : donc l’ajout de diazote ne modifie pas QR. Si on est à l’équilibre au départ, on le reste donc. b- Prenons l’expression du 1b, dans laquelle le terme P°/P est donc constant. Si on ajoute de l’azote, toutes les fractions molaires diminuent car n total augmente. Il faut donc détailler le calcul : QR = € 2 2 x SO2 × x O2 2 × p° nSO3 p° = × n tot × p n 2 ×n p SO2 O2 Donc, si on part de QR=K°, et qu’on ajoute de l’azote, ntot augmente et donc QR augmente : il devient supérieur à K°. On n’est donc plus à l’équilibre et la réaction se fera dans le sens qui fait diminuer QR donc sens indirect. 5. Dressons le tableau d’avancement : ! 2 SO2 +! ! O2 = ! ! 2 SO3! 100! ! 50! ! 0 ! ! 100-48×2! 50-48! ! 2×48 ! ! 4! ! 2! ! 96 On calcule alors les fractions molaires et ensuite les pressions : 96 4 2 pSO3 = P pSO2 = P pO2 = P 102 102 102 ! ! On reporte dans l’expression de QR et on résout K°=QR : € € x SO3 QR = ⎛ 96 ⎞2 ⎜ ⎟ ⎝ 102 ⎠ p° ⇒p= ⎛ 4 ⎞ 2 p ⎜ ⎟ ⎝ 102 ⎠ 102 6. 2 ⎛ 96 ⎞2 ⎜ ⎟ ⎝ 102 ⎠ p° = 2,92 bar ⎛ 4 ⎞ 2 K° ⎜ ⎟ ⎝ 102 ⎠ 102 2 On commence par le tableau d’avancement : 2 SO2 +! O2 = ! 2 SO3! 8! 12! 8-2ξ! 12-ξ! D’où : QR = ! N2 0! ! 80 2ξ ! ! 80 ⎛ 2ξ ⎞2 ⎜ ⎟ ⎝ 100 − ξ ⎠ ( ( ) ) ( P° 100 − ξ 4ξ 2 = × 12 − ξ ⎛ 8 − 2ξ ⎞2 ⎛ 12 − ξ ⎞ P 8 − 2ξ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 100 − ξ 100 − ξ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ × ) 2 On trouve ξ=3,8674 mole IX. € Titrage. 1. Ecrivons en préambules les demi-équations rédox à considérer : I2 + 2e⊖ = 2 I⊖ 2 IO3⊖ + 12 H⊕ +10 e⊖ = I2 + 6 H2O S4O62⊖ + 2e⊖ = 2 S2O32⊖ D’après les indications, on a d’abord en milieu acide : 2 IO3⊖ + 12 H⊕ +10 I⊖ = 6 I2 + 6 H2O soit : IO3⊖ + 6 H⊕ +5 I⊖ = 3 I2 + 3 H2O (1) la couleur brune est due à la présence de diiode (nous reviendrons sur ce point plus loin). Ensuite on dose le diiode par le thiosulfate : 2 S2O32⊖ + I2 = 2 I⊖ + S4O62⊖ (2) 2. On cherche ici à titrer les ions iodates. On va donc les transformer selon (1) en diiode pour pouvoir les titrer. On s’assure donc que les iodures sont en excès pour que la quantité de diiode formée soit bien fonction de la quantité d’iodates. De plus le diiode n’est pas très soluble dans l’eau. Pour le solubiliser on ajoute des iodures pour former l’ion triiodure plus soluble que le diiode dans l’eau. Les véritables bilans à écrire seraient donc : IO3⊖ + 6 H⊕ +8 I⊖ = 3 I3⊖ + 3 H2O (1) 2 S2O32⊖ + I3⊖ = 3 I⊖ + S4O62⊖ (2) 3. Quand la solution redevient incolore, c’est que le diiode a été consommé complètement, c’est donc l’équivalence du titrage. On a donc nI3⊖=nS2O32⊖/2=0,01×0,012/2=6.10-2 mmol. Ce diiode provient de la réaction (1), totale, dont le réactif limitant est l’iodate. On a donc nIO3⊖=nI3⊖/3=2.10-2 mmol Cette quantité provient de 200 mL de la solution étudiée : n=C1V0 ⇒ C1=0,2.10-4/0,2=0,0001 mol/L 4. L’empois d’amidon forme un complexe avec le diiode, complexe d’un bleu très foncé. De plus, la couleur est très visible dès que très peu de diiode est présent. On observe donc à l’équivalence la disparition soudaine de la couleur bleue. 5. La réaction de titrage est Ag⊕ + I⊖ = AgI(s) À l’équivalence nAg⊕=nI⊖=0,01×0,01=0,1 mmol Cette quantité provient d’un échantillon de 100 mL donc C2=nI⊖/V’0=0,001 mol/L 6. A 11 mL, on a dépassé l’équivalence : il y a donc un excès d’ion argent (1mL). On a donc nAg⊕ =10-5 mol L’iodate n’a pas réagi donc nIO3⊖=C1V’0=10-5 mol La solution fait alors 111 mL d’où les concentrations : [Ag⊕]=[IO3⊖]=9.10-5 mol/L 7. Etudions l’apparition du précipité à 11 mL : on a alors QR=1/(9.10-5)2=1,2.108>K° ⇒ la réaction doit se produire dans le sens indirect. Or on n’a pas de produit, donc il ne se produit aucune réaction. Le précipité ne se forme pas. Comme avant 11 mL, il y a encore moins d’ion argent, le précipité ne peut pas non plus se former. Conclusion : entre le début du titrage et 1 mL après l’équivalence, on est certain de ne pas avoir d’iodate d’argent. La réaction de précipitation de l’iodure d’argent est donc bien la seule réaction. La réaction de titrage est bien l’unique réaction.
