Exercice n°1 L`azométhan

Sélection FESIC 2001
Epreuve de Chimie
Données
Masses atomiques molaires en g. mol -1 .
H
C
N
O
Na
Zn
K
1
12
14
16
23
65,4
39
-----------------Exercice n°1
L'azométhane H 3C - N = N - CH3 se décompose par chauffage selon la réaction :
H 3C - N = N - CH 3 ¾¾
® C2 H 6 + N 2
Dans un récipient initialement vide, on introduit 0,25 mol d'azométhane. On mesure ensuite la
quantité de matière n de diazote N 2 produite au cours du temps. On obtient la courbe suivante :
n(mol)
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24 t(h)
a) Une élévation de température augmente la vitesse de la réaction.
b) Le temps de demi-réaction est d'environ 7,7 h.
c) Au temps t = 7,7 h, la vitesse instantanée de la réaction est v = 16.10 -3 mol.h-1 .
d) La vitesse augmente au cours de la réaction.
Exercice n°2
On introduit une masse m = 1, 00 g de zinc en poudre dans un ballon contenant v = 40, 0 mL
d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration 0,500 mol.L-1 .
On recueille le gaz dihydrogène formé au cours du temps et on en mesure le volume V.
Données : volume molaire dans les conditions de l'expérience : 24,0 L.mol -1
1/65,4 = 0,01529
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Epreuve de Chimie
Les couples oxydant/réducteur intervenant dans la réaction étudiée sont Zn 2 + / Zn et H + / H 2 gaz .
a) La concentration en ions Zn 2+ est égale à 0,125 mol.L-1 quand V = 0,120 L.
b) Le dihydrogène formé ravive la combustion d'un point incandescent.
L'ensemble des résultats de cette expérience permet de tracer le graphique représentatif de la
concentration des ions Zn 2+ de la solution en fonction du temps.
2+
-1
[Zn ] (mol.L )
0,2
0,1
0
500
1000
t(s)
c) La vitesse moyenne de formation des ions Zn 2+ dans l'intervalle de temps [0,500 s ] est
égale à 4.10 -5 mol.L-1 .s -1 .
d) Le temps de demi réaction est égal à 400 s.
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Epreuve de Chimie
Exercice n°3
On étudie, à 20°C, la cinétique de la réaction de l'eau oxygénée avec l'ion iodure en milieu
acide. Les concentrations initiales des réactifs sont : [ H 2 O 2 ] = 0,10 mol.L-1
éë I - ùû = 0, 40 mol.L-1 .
On donne les potentiels d'oxydo-réduction des couples suivants :
Couple
E°(V)
1
I 2aq / I
-
0,62
2
3
4
O2 / H 2O 2
H2O2 / H2O
0,68
1,77
0,77
Fe3+ / Fe2 +
a) La réaction entre l'eau oxygénée et l'ion iodure produit du dioxygène.
b) La
[ I 2 ]¥
courbe
[ I2 ] = f (t )
obtenue
tend
asymptotiquement
vers
la
concentration
= 0,20 mol.L-1 .
c) La vitesse initiale de formation de I 2 est d'environ 10 mmol.L-1 .min-1 .
d) L'ion Fe 2+ peut être envisagé pour catalyser la réaction.
-1
[I2] (mol.L )
0
10
20
30
40
50
60
t(min)
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Exercice n°4
Soient deux acides en solution aqueuse HA1 et HA 2 de même concentration Ca .
Après avoir prélevé un même volume Va = 20, 0 mL de chacun de ces deux acides, on
procède successivement à leur dosage par une solution d'hydroxyde de sodium de
concentration 1, 0.10-1 mol.L-1 .
On obtient les deux courbes qui ont été représentées sur le même graphe.
pH
10
5
courbe n°2
dosage de HA22
courbe n°1
dosage de HA11
0
10
Indicateur coloré
Rouge de crésol
Hélianthine
Phénolphtaléine
20
30
vb(mL)
Zone de virage et couleurs
Jaune 7,2 --- 8,8 rouge
Rouge 3,1 --- 4,4 jaune
Incolore 8,2 --- 10,0 rose
a) A partir de l'étude des courbes on en déduit que HA1 est un acide fort.
b) La concentration des solutions dosées est égale à 1,0.10 -1 mol.L-1 .
c) Parmi les indicateurs colorés cités ci-dessus, l'hélianthine est adapté au dosage n°1.
d) Le rouge de crésol est adapté au dosage n°2.
Exercice n°5
Un bain d'arrêt utilisé en photographie a été préparé en introduisant 75 g d'acide éthanoïque
dans de l'eau. On obtient trois litres de solution, notée A. Le pH de cette solution A est 2,6.
Le bain d'arrêt est destiné à stopper l'action du révélateur qui fait apparaître l'image
photographique. Le révélateur contient des espèces chimiques basiques.
Au bout d'un certain temps d'utilisation, on contrôle la concentration C en acide acétique du
bain.
Pour cela, on dose 10,0 mL de ce bain par de la soude à 1, 0.10-2 mol.L-1 . Le virage de la
phénolphtaléine est obtenu pour un volume de 5,0 mL de soude versée.
Donnée : pKa ( CH 3COOH / CH 3COO - ) = 4, 75
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a) La concentration molaire de la solution A est 0,50 mol.L-1 .
b) Au fur et à mesure de son utilisation, le pH du bain d'arrêt augmente.
c) La concentration molaire de la solution lors du dosage est C = 0,050 mol.L-1 .
d) La réaction du dosage est quasi-totale.
Exercice n°6
On souhaite vérifier le dosage d'un comprimé de Vitascorbol, contenant de l'acide ascorbique
ou vitamine C, de formule C6 H8 O6 . Pour cela, on dissout le comprimé dans de l'eau distillée.
On obtient 100 mL de solution. On prélève 20,0 mL de cette solution que l'on dose par une
solution d'hydroxyde de sodium à 2, 0.10-2 mol.L-1 .
On obtient la courbe suivante :
dpH
dv B
pH
14
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25 vB(mL)
a) La base conjuguée de l'acide ascorbique est l'ion ascorbate de formule chimique C6 H7 O6- .
b) Le pKa de l'acide ascorbique est d'environ 4,2.
c) La quantité de matière en acide ascorbique présente dans le comprimé est de
0,29.10-3 mol .
d) Le comprimé contient environ 50 mg d'acide ascorbique.
On donne : 29 ´ 176 = 5104 .
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Exercice n°7
Sur l'étiquette d'une solution commerciale de 1,0 L d'hydroxyde de sodium, on peut lire les
informations suivantes :
· Densité par rapport à l'eau : 1,2
· Pourcentage en masse d'hydroxyde de sodium : 20 %
· Masse molaire de l'hydroxyde de sodium : 40 g.mol -1
a) La concentration molaire de la solution commerciale est de 6,0 mol.L-1 .
On réalise le dosage de 5,0 mL de solution S1 obtenue en diluant 40 fois la solution
commerciale, avec de l'acide chlorhydrique de concentration égale à 5, 0.10-2 mol.L-1 .
b) La burette de 25 mL peut assurer ce dosage avec un seul remplissage.
c) La préparation de S1 nécessite de diluer un prélèvement de 5,0 mL de la solution
commerciale dans une fiole jaugée de 100 mL.
d) La dissolution d'hydroxyde de sodium solide dans l'eau est exothermique.
Exercice n°8
On prépare 100 mL d'une solution S de potasse en dissolvant 2,8 g d'hydroxyde de potassium
KOH, qui est une base forte, dans de l'eau pure.
a) La concentration de la solution S est de 5,0.10 -2 mol.L-1 .
A cette solution, on ajoute de l'acide méthanoïque à la concentration de 1, 0 mol.L-1 . Le pKa
de l'acide méthanoïque est 3,8.
b) La constante de cette réaction est K R = 10 3,8 .
c) L'équation-bilan de la réaction qui se produit alors est : HCO2 H + HO- ¾¾
® HCO-2 + H 2 O .
d) Pour obtenir une solution tampon, il faut ajouter v = 25 mL de solution d'acide
méthanoïque à 1,0 mol.L-1 à la solution S.
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Exercice n°9
On dissout une masse m d'acide benzoïque dans la quantité d'eau nécessaire pour obtenir
100 mL de solution S.
On effectue un dosage de la solution S par une solution d'hydroxyde de potassium de
concentration 20 mmol.L-1 .
Pour une prise d'essai de 10,0 mL de la solution S, l'équivalence est obtenue pour un volume
de 8,0 mL d'hydroxyde de potassium versé.
Données : pKa (acide benzoïque/ion benzoate) = 4,2.
Solubilité de l'acide benzoïque dans l'eau à 25°C : s = 2, 4 g.L-1 .
Masse molaire de l'acide benzoïque : 122 g.mol -1 .
a) La concentration Ca de la solution S est égale à 16 mmol.L-1
b) La masse d'acide benzoïque dissoute est égale à 0,10 g.
c) La solution S est saturée.
On donne : 1, 6 ´ 0,122 = 0,1952 .
On réalise une solution en mélangeant 50 mL de la solution S et 20 mL de la solution
d'hydroxyde de potassium de concentration 20 mmol.L-1 .
d) Le pH de la solution est 4,0.
Exercice n°10
La lysine est un acide a-aminé de formule
H2N
CH2
4
CH NH2
CO2H
noté LyH. Les groupes amino ( NH 2 ) ont un comportement basique. Dans un médicament, on
associe la lysine à l'aspirine (ou acide acétylsalicylique) noté AspH. On obtient un comprimé
plus soluble dans l'eau que l'aspirine pure.
Données :
Couple
AspH / Asp
-
pKa
3,50
LyH / Ly-
10,28
LyH +2 / LyH
8,90
LyH 32 + / LyH 2+
2,20
a) Il existe deux énantiomères de la lysine.
b) La lysine est une espèce ampholyte.
c) L'aspirine et la lysine réagissent selon une réaction totale dont la constante K R = 106.78 .
d) Le pH d'une solution d'acétylsalicylate de lysine est compris entre 3,5 et 8,9.
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Exercice n°11
On veut synthétiser l'éthanoate de méthyle par une réaction d'estérification.
a) Les réactifs peuvent être l'éthanol et l'acide méthanoïque.
b) La réaction est catalysée par l'acide sulfurique.
c) Si on mélange 6,0 g d'acide et 3,2 g d'alcool, le mélange obtenu est équimolaire.
d) Avec le mélange précédent, on obtient 7,4 g d'ester en fin de réaction.
Exercice n°12
L'éthanoate de phénylméthyle (éthanoate de benzyle) est un des constituants de l'odeur de
jasmin. On l'obtient en estérifiant l'alcool benzylique (phénylméthanol) par l'acide éthanoïque.
a) L'équation-bilan de la réaction est :
¾¾
® H 3C - CO - O - CH 2 - C6 H 5 + H 2O
C6 H 5 - CH 2 - OH + H 3C - CO2 H ¬¾
¾
On porte à reflux 31,5 g d'acide et 20,8 g d'alcool. On obtient 12 g d'ester.
Données : 31,5/108 = 0,343 31,5/60 = 0,525
0,41 ´ 0,193 = 0,08
20,8/108 = 0,193
20,8/60 = 0,347
b) Le rendement de la synthèse par rapport à l'alcool est de 41 %.
On effectue une chromatographie sur couche mince (CCM) du mélange final. Sur la plaque de
chromatographie, on dépose sur la ligne de base en 1, une goutte de solution d'acide
éthanoïque, en 2, une goutte de solution d'alcool benzylique, et en 3, une goutte du mélange
final.
Après élution et révélation, on obtient le chromatogramme suivant :
front de solvant
ligne de base
1
2
3
c) Le mélange obtenu contient de l'alcool benzylique.
d) Le rapport frontal de l'alcool est R f = 0,36 .
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Exercice n°13
L'essence de lavande est un mélange de plusieurs dizaines de constituants dont les deux
principaux sont le linalol et l'acétate de linalyle.
Le linalol a la formule semi-développée ci-dessous :
CH3
H2C
CH C
CH2
CH3
CH2 CH
OH
C
CH3
a) Le linalol présente une isomérie Z/E.
b) L'isomérie Z/E s'appelle énantiomérie.
L'acétate de linalyle peut être préparé par action de l'acide acétique sur le linalol.
c) La formule brute de l'acétate de linalyle est C12 H 20 O2 .
On veut préparer 1,96 kg d'acétate de linalyle à partir d'un mélange équimolaire d'acide et
d'alcool.
d) Sachant que 5 % d'alcool est estérifié, la masse d'alcool nécessaire est de 30,8 kg.
Donnée : masse molaire du linalol : 154 g.mol -1 .
Exercice n°14
L'espèce chimique A de formule brute C9 H10 O2 donne son parfum à la fleur de jasmin.
L'hydrolyse de A conduit à un alcool B, de formule C7 H8 O possédant un noyau benzénique
et à un acide carboxylique D.
a) A est un ester.
b) B est un alcool secondaire.
c) Le rendement de la réaction est proche de 67 % lorsque A et H 2 O sont introduits dans les
proportions stæchiométriques.
d) L'hydrolyse de 15 g de A par 1,8 g d'eau conduit à la formation de 10,8 g de B.
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Exercice n°15
La butyrine est un corps gras de formule :
C3H7
CO2
CH2
C3H7
CO2
CH
C3H7
CO2
CH2
M = 302 g.mol-1
a) C'est un ester du glycérol (propane-1,2,3-triol).
b) La réaction de saponification de la butyrine est quantitative.
c) Cette réaction produit de l'acide butanoïque.
d) 4 g d'hydroxyde de sodium NaOH permettent de saponifier 30,2 g de butyrine.
Exercice n°16
On réalise la saponification du propanoate d'éthyle. Le mélange réactionnel est constitué de
500 mL d'une solution molaire de propanoate d'éthyle et de 500 mL d'une solution molaire de
potasse.
a) Le propanoate d'éthyle a pour formule semi-développée :
O
C3H7
C
O
C2H5
b) Le carbone fonctionnel de l'ester est un site électrophile.
c) La réaction produit 56 g de savon.
d) La solution alcoolique restante a une concentration en éthanol de 1 mol.L-1 .
Exercice n°17
L'aspartame est un édulcorant utilisé en remplacement du saccharose dans l'agroalimentaire.
Sa formule topologique est la suivante :
O
O
O
NH
OH
NH2
O
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Epreuve de Chimie
a) La masse molaire de l'aspartame est 294 g.mol -1 .
b) La molécule d'aspartame comporte deux fonctions amides.
c) La molécule d'aspartame comporte deux carbones asymétriques.
d) Il existe 4 stéréo-isomères de la molécule.
Exercice n°18
On veut doser un comprimé d'aspirine vendu dans le commerce. On broie celui-ci dans un
mortier, on le dissout dans de l'eau contenue dans un ballon. A cette solution, on ajoute
10, 0 mL d'hydroxyde de sodium ( Na + + HO - ) à 1, 00 mol.L-1 . Le mélange ainsi obtenu est
porté à reflux.
Après refroidissement, le mélange est introduit dans une fiole jaugée de 100 mL, et on
complète par de l'eau distillée, pour obtenir une solution S.
a) La réaction qui se produit entre l'aspirine et l'hydroxyde de sodium est :
O
O C
CH3
OH
+ H3C
+ 2 HO
CO2H
CO2 + H2O
CO2
b) Le chauffage à reflux sert à séparer l'ion salicylate du reste du mélange.
Un prélèvement de 20,0 mL de la solution S est placé dans un erlenmeyer et dosé par une
solution d'acide chlorhydrique ( H 3O + + Cl- ) à 0, 050 mol.L-1 , en présence de
phénolphtaléine. La solution se décolore lorsque le volume d'acide versé est égal à
Ve = 17,8 mL .
c) La quantité d'ions hydroxyde HO- contenue dans la solution S est n = 4,45.10 -3 mol .
d) Le comprimé dosé est un comprimé d'Aspirine 1000.
Donnée : Masse molaire moléculaire de l'aspirine : M = 180 g.mol-1 .
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