sujet DTMS 2003

Sujet sciences appliquées DTMS 2004 corrigé – Notes - Rappels Exercice 1 (6 points)
On donne :
14
35
32
12
19
N7
Cl17
S16
C6
F9
A partir de ces indications, complétez le tableau (annexe 1)
La normalisation de la notation n’est pas respectée pour des raisons de dactylographie simple ; les 2
nombres sont à droite du symbole de l’atome, le plus grand en haut, c’est A le nombre de masse, et le
numéro atomique Z est en bas !
Exercice 2. (4 points)
Lors des tests à la chaleur et à la combustion réalisés sur un échantillon de tissu, on obtient les résultats suivants :
A l’approche de la flamme, certaines fibres se rétractent sans fondre : c’est la chlorofibre
Dans la flamme, certaines fibres brûlent lentement ( polyamides ou polyesters ou modacryliques ) et il y a
dégagement d’une odeur piquante : c’est la chlorofibre
Retirées de la flamme, certaines fibres continuent à brûler avec une odeur de papier brûlé.
C’est le coton ou la cellulose régénérée
On trouve des cendres blanches fines et des boules noires irrégulières : coton ou cellulose - chlorofibre
1) en vous aidant du tableau donné en annexe 2, déterminer la nature possible des constituants de ce tissu.
Rédiger la réponse en justifiant votre démarche.
2) sachant qu’un des composants est un produit naturel, donner la composition de ce tissu.
Ce tissu est en coton et en chlorofibre
Voir avec vos enseignants de spécialité un modèle de réponse à caractère professionnel !
Exercice 3.(7 points)
Vous effectuez un lavage de plastrons en coton blanc dans une machine à laver de 5 kg.
Pour ce lavage, vous chargez 5 kg de linge et vous utilisez la lessive mise à votre disposition, dont la caractéristique
principale est la suivante :
Pour laver les plastrons, vous utilisez 18 grammes de lessive par kg de linge.
Après le remplissage, vous avez 15 litres d’eau dans la machine.
1) calculez la concentration en lessive du bain de lavage : exprimée en grammes par litre.
La concentration en lessive du bain de lavage est de 18 x 5 / 15 = 6 g / L
2) A la concentration de 10 grammes par litre, cette lessive contient 6 grammes de carbonate de sodium :
Na2CO3.
Calculez la concentration massique en carbonate de sodium du bain de lavage exprimée en grammes par litre.
Il y a donc 0,6 grammes de carbonate de sodium par g de lessive. Pour 6 g/L nous aurons 3,6 g/L de
carbonate de sodium
3) Calculer la masse molaire moléculaire du carbonate de sodium.
Masse molaire moléculaire du carbonate de sodium = 2 x 23g + 12g + 3 x 16g = 106 g/mol
4) Calculer la concentration molaire en carbonate de sodium du bain de lavage exprimée en mol/L
La concentration molaire en carbonate de sodium du bain de lavage est de 3,6 / 106 = 0,034 mol/L
5) Pour assurer une parfaite élimination de l’alcalinité, vous ajoutez au dernier rinçage, de l’acide acétique
CH3COOH. On vous demande :
5 – 1) de nommer la réaction chimique effectuée au cours du ce rinçage.
C’est une neutralisation acido basique
5 – 2) de recopier et d’équilibrer la réaction chimique correspondante :
Na2CO3 + 2 CH3COOH
------ 2 Na CH3 COO + CO2 + H2O
Les réactifs
donnent
les produits de la réaction chimique
Nombre de Na = 2 (dans les produits et dans les réactifs de l’équation chimique)
Nombre de C = 5
Nombre de H = 8
Nombre de O = 7
On donne: carbonate de sodium : Na2CO3
acide acétique ou acide éthanoïque : CH3COOH
M(Na) = 23 g/mol
M(C) = 12 g/mol
M(O) = 16 g/mol
M(H) = 1 g/mol
1
Exercice 4. (7 points) 1ère partie :
On désire fabriquer un litre de solution d’acide chlorhydrique de formule brute HCl dont le titre sera égal à 0,1
mol/L (ce sera la solution fille la n° 2) . On dispose pour cela d’une solution mère dont le titre est de 5 mol/L.
(c’est la solution mère, la n° 1)
Le titre d’une solution est la concentration molaire en ion H+ ; il est noté N. Pour un diacide N est égal à
2 fois la concentration molaire de l’acide car chaque mole d’acide libère 2 H + : exemple : l’acide sulfurique
H2 SO4
1) Calculer les volumes de solutions mère et d’eau nécessaires pour fabriquer 1 L d’une solution d’acide
chlorhydrique de titre 0,1 mol/L.
Soit N1 le titre ou la concentration molaire du monoacide de la solution mère : N1 = 5 mol.L-1
Soit V1 le volume de la solution mére : c’est l’inconnue !
Soit N2 le titre de la solution diluée (fille) : N2 = 0,1 mol.L-1
Soit V2 le volume de la solution diluée : V2 = 1 L
N1 x V1 est le nombre de moles d’HCl versées dans la fiole jaugée d’un litre
N2 x V2 est le nombre de moles d’HCl que nous voulons dans la solution diluée
Il y a égalité entre ces 2 nombres de moles : N1V1 = N2V2
L’inconnue est V1 = N2V2 / N1
Application numérique : V1 = 0,1 x 1 / 5 = 0,02 L = 20 mL = 20 cm3
Il faut donc mettre 20 mL de solution mère dans 980 mL d’eau
2) En déduire la concentration en ion [H3O+] de la solution obtenue : [H3O+] = 0,1 mol/L = 10-1 mol.L-1
3) Calculer le pH de cette solution : on rappelle que pH = - log [H3O +] : Le pH est donc de 1
Les questions 2 & 3 sont indépendantes de la première ; elles auraient dû être placées en tête d’exercice !
2ère partie :
On désire vérifier le titre de cette solution en effectuant un dosage par neutralisation avec une solution étalonnée
d’hydroxyde de sodium (NaOH) dont le titre est égal à 0,2 mol/L.
1) Ecrire l’équation bilan de neutralisation de l’acide chlorhydrique par l’hydroxyde de sodium.
HCl + NaOH  NaCl + H20
2) On verse 25 cm3 de la solution d’acide chlorhydrique dans un bécher.
Calculer le volume d’hydroxyde de sodium à verser dans ce bécher pour neutraliser la solution d’acide
chlorhydrique.
N1V1 = N2V2 donc V1 = 0,2 x 25/0,1 = 50 cm3
3) Donner la valeur du pH de ce mélange au moment de la neutralisation.
Le pH est de 7 au moment de la neutralisation (comme son nom l’indique : neutre => pH = 7)
Exercice 5.(4 points)
Certains articles sont réalisés en polystyrène. L’équation de la synthèse du polystyrène s’écrit :
12 000 [ CH2 = CH – C6H5 ]
-- -[- CH2 – CH -]12 000
I
12 000 est le degré de polymérisation noté n
C6H5
1) Donner le nom du monomère et sa formule brute
Le monomère est le styrène : CH2 = CH – C6H5 de formule brute C8H8
2) Cette réaction de polymérisation s’effectue t-elle par polyaddition ou par polycondensation ?
C’est une polyaddition car il n’y a pas production de petite molécule mais ouverture d’une double liaison.
3) Calculer la masse molaire moléculaire du monomère, puis du polystyrène.
Masse molaire moléculaire du monomère : (12g x 8) + (1g x 8) =
104
g/mol
Masse molaire moléculaire du polystyrène : 12 000 x 104
=
1 248 000
g/mol
Exercice 6. (4 points)
Le sérum physiologique est une solution aqueuse de chlorure de sodium. Un flacon de 300 mL de sérum
physiologique contient 2,7 g de chlorure de sodium.
1) Calculer la masse molaire moléculaire du chlorure de sodium : NaCl
Masse molaire de NaCl : M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol
2) Calculer la quantité de matière en mol contenue dans 2,7 g de chlorure de sodium. Arrondir à 10-3
La quantité de matière est n = 2,7 / 58,5 = 0,046 mol
3) Calculer la concentration molaire en mol/L de ce flacon de sérum physiologique. Arrondir à 10-3
La concentration molaire 0,046 / 0,3 = 0,154 mol/L*
M(Na) = 23 g/mol
M(Cl) = 35,5 g/mol
2
* Pour obtenir ce résultat il faut conserver dans votre calculette tous les chiffres du calcul précédent
et ainsi obtenir :
2,7 / 58,5 puis diviser par 0,3 = 0,1538 ; ce n’est que maintenant que l’arrondi à la troisième décimale
doit être effectué
Exercice 7. (4 points)
Le polyamide 11 est obtenu à partir de l’acide 11 – amino undécanoïque qui polymérise.
Sachant que l’acide 11 – amino undécanoïque a pour formule :
H2N - (CH2)10 - COOH.
1) Ecrire l’équation de polymérisation
H2N - (CH2)10 – COOH + H2N - (CH2)10 – COOH  -[-HN - (CH2)10 – CO - NH - (CH2)10 – CO-]- + H2O
2) Donnez le nom du produit éliminé
C’est une molécule d’eau qui est éliminée
3) Ecrivez la formule du motif élémentaire
-[- NH - (CH2)10 – CO-]4) Préciser le type de polymérisation
Il s’agit d’une polycondensation car il y a production d’une molécule d’eau. De plus aucune double
liaison C = C n’est utilisable.
Ce polymère est le Nylon 11 décrit dans le Flandrin p 49 (attention remplacer le 6 par 10 dans la dernière
formule en bas de la page) ; il brûle avec une odeur de chandelle en formant une boule dure et noirâtre.
Il est décrit dans le livre de T SMS p14 sous le nom rilsan : faire l’exercice n°20 p 20
Exercice 8. (4 points)
Une bouteille d’eau minérale « EAU CLAIRE » contient les ions :
Ca2+ : 91 mg/L
Na+ : 37 mg/L
HCO3- : 395 mg/L
+
2+
K
: 12 mg/L
Mg : 20 mg/L
SO42- : 50 mg/L
1) Précisez les ions pris en compte pour calculer la dureté d’une eau
Ce sont les ions calcium et magnésium qui sont pris en compte pour calculer la dureté d’une eau
2) Calculez la concentration de ces ions en mol/L (arrondir à 10-4)
[Ca2+ ] = 0,091/40 = 0,0023 mol/L
[Mg2+ ] = 0,012/20 = 0,0006 mol/L
3) Calculez le degré hydrotimétrique français de cette eau
Le degré hydrotimétrique français de cette eau est de 29 degrés
4) En déduire si cette eau est dure ou douce
Cette eau est dure car son TH est supérieur à 25
M(Ca) = 40 g/mol
M(Na) = 23 g/mol
M(O) = 16 g/mol
M(K) = 39 g/mol
M(Mg) = 24,3 g/mol
M© = 12 g/mol M(H) = 1 g/mol
M(S) = 32 g/mol
Annexe 1
TABLEAU 1
Symbole
Nom de
l’atome
Z
A
Nombre
d’électrons
sur la dernière
couche
Nombre
d’électrons
célibataires
N
Cl
S
C
F
Azote
Chlore
Soufre
Carbone
Fluor
7
17
16
6
19
14
35
32
12
9
5
7
6
4
7
3
1
2
4
1
Modèle
de Lewis
Le total de ces 2 colonnes fait 8
3
ANNEXE2
COMPORTEMENT DES TEXTILES A LA CHALEUR ET A LA COMBUSTION
Nature du textile
Comportement à
l’approche de la
flamme
Comportement
dans la flamme
Comportement retiré de la
flamme
Aspect des cendres
Laine
Rien.
Brûle lentement.
S’éteint, odeur de corne
brûlée.
Boule noire friable.
Soie
Rien.
Brûle lentement.
S’éteint, odeur de corne
brûlée.
Boule noire friable.
Fibres protéiniques
Rien.
Brûle lentement.
S’éteint, odeur de corne
brûlée.
Boule noire friable.
Coton
Rien.
Brûle lentement.
Continue à brûler : odeur de
papier brûlé.
Cendres blanches
fines.
Cellulose régénérée
Rien.
Brûle lentement
Continue à brûler : odeur de
papier brûlé
Cendres blanches
fines.
Acétate-triacétate de
cellulose
Fondent.
Brûlent en fondant.
Continue à brûler en fondant.
Fumées âcres et acides
Boule noire dure.
Polyamides
6-6, 6, 11
Fondent.
Brûlent lentement
avec fusion.
S’éteint assez rapidement,
dégagent des fumées
blanches. Odeur de céleri
pour le 6-6 et le 6, de
chandelle pour le 11.
Boule noire dure.
Polypilénoliques
Rien.
Simple carbonisation
avec peu de fumées
non toxiques.
Rien.
Résidu carbone.
Polybenzimidazoles
Rien.
Simple carbonisation
avec peu de fumées
non toxiques.
Rien.
Résidu carbone.
Aramides
Rien.
Carbonisation audessus de 400°C.
Rien.
Résidu carbone.
Aramides-imides
Rien.
Carbonisation audessus de 500°C.
Rien.
Résidu carbone.
Polyesters
Fondent.
Brûlent lentement
avec fusion.
S’éteint assez rapidement.
Boule noire brune.
Polyuréthanes
linéaires
Fondent.
Brillent avec fusion.
Continuent à brûler avec
fusion : odeur aromatique.
Cendres noires
boursouflées.
Acryliques
Fondent.
Brûlent avec fusion.
Continuent à brûler fumées
toxiques, odeur d’amandes
amères.
Cendres noires et
irrégulières, dures.
Modacryliques
Fondent.
Brûlent lentement
avec fusion.
S’éteignent, odeur d’amandes
amères.
Cendres irrégulières
noirâtres.
Chlorofibre ou
polychlorure de
vinyle
Se rétractent et
fuient la flamme.
Se décomposent
lentement sans
brûler en dégageant
une odeur piquante.
La décomposition s’arrête
immédiatement.
Boule noire irrégulière.
Polyéthylène
Polypropylène
Se rétractent et
fondent en fuyant la
flamme.
Brûlent après fusion.
Continuent à brûler mais
s’éteignent rapidement.
Boule brune.
4