QUESTIONS DE COURS DE CHIMIE Rentrée 2012 A. Structure de la matière.

QUESTIONS DE COURS DE CHIMIE
Rentrée 2012
A. Structure de la matière.
1. Pourquoi décrit-on les électrons d’un atome par une fonction d’onde ? Quelle est la signification
physique de cette fonction d’onde ? Qu’appelle-t-on probabilité de présence ? Probabilité de
présence radiale ?
2. Quelle est la signification physique des nombres quantiques n, l et m l ? Indiquer les règles de
quantification les concernant.
3. Indiquer la forme des OA ns et np. Quelle est la signification physique de ces représentations
schématiques ?
4. Enoncer les 3 règles utilisées pour établir la configuration électronique d’un atome
polyélectronique. Application au cas du titane 22Ti . Qu’appelle-t-on électrons de cœur, de
valence ?
5. Définir qualitativement l’électronégativité d’un élément. Comment évolue-t-elle dans la
classification périodique ? Quel est l’élément le plus électronégatif ?
6. Expliquer brièvement le principe de la mésomérie sur l’exemple de l’ion CO 32- . En citer
quelques conséquences pratiques.
7. Quel est le principe de la théorie VSEPR et que signifie cet acronyme ?
8. Quelles sont les hypothèses fondamentales de la théorie des OM ? A quels critères des OA se
combinant pour donner des OM doivent-elles satisfaire ?
B. Cinétique chimique.
1. A partir de la réaction de combustion du propane ( réaction avec O 2 qui forme CO2 et H2O ) et
de concentrations initiales quelconques, définir l’avancement d’une réaction puis le taux de
conversion par rapport à un réactif. Dans quel cas est-il intéressant d’utiliser le taux de
conversion ?
2. Donner deux exemples de grandeurs extensives et intensives définissant un système physicochimique.
3. Définir la masse molaire moyenne d’un mélange gazeux, retrouver la valeur de la masse
molaire de l’air à partir de sa composition ( 20% O 2 et 80% N2 ).
4. Quelle loi permet de préciser l’influence de la température sur la cinétique d’une réaction ?
Proposer une méthode de détermination graphique permettant de calculer les grandeurs
introduites dans cette loi.
5. Définir un acte élémentaire. Donner un exemple.
6. Une réaction qui admet un ordre est-elle forcément un acte élémentaire ? Un acte élémentaire
admet-il forcément un ordre global ? Evoquer la loi de Van’t Hoff.
7. Qu’est-ce que l’AEQS ( ou principe de Bodenstein ) ? Préciser les conditions de validité. Illustrer
cette notion sur l’exemple de la SN1.
C. Thermodynamique chimique.
1. Quelle est la différence entre un corps pur et un corps pur simple ? Donner des exemples.
2. Quelle est la différence entre l’état standard et l’état standard de référence d’un élément
chimique ?
3. Comment évaluer la quantité de chaleur échangée lors d’une transformation monobare ? Quelle
est la signification du signe d’une enthalpie standard de réaction ?
4. Définir l’énergie d’ionisation. Quel est son signe ? Définir l’énergie d’attachement électronique
et commenter son signe.
5. Rappeler la loi de Kirchhoff indiquant l’influence de la température sur une enthalpie standard
de réaction.
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D. Solutions aqueuses.
1. Qu’appelle-t-on quotient de réaction ? Constante d’équilibre ? De quelle grandeur dépend la
constante d’équilibre ? Quelle est la condition d’évolution spontanée d’un système chimique ?
Acides et bases.
2. Définir le pH puis le pOH dans l’eau. Quelle relation les lie ? Qu’appelle-t-on milieu acide ?
Milieu neutre ? Milieu basique ?
3. Qu’appelle-t-on acide fort dans l’eau ? Acide faible ? Donner des exemples.
4. Comment prévoir simplement si une réaction acide-base est thermodynamiquement favorisée ?
5. Donner le diagramme de prédominance associé au couple AH/A- caractérisé par son
0 < pKA < 14. A quelle condition sur le pH l’une des deux formes est-elle négligeable devant
l’autre ?
6. Quelle « expression » donne le pH d’une solution d’acide fort de concentration C ? Quelles sont
les conditions de validité de cette relation ? Mêmes questions pour une base forte.
7. Quelle « expression » donne le pH d’une solution d’acide faible AH de concentration C et de
pKA ? Quelles sont les conditions de validité de cette relation ?
8. Quelle « expression » donne le pH d’une solution d’un ampholyte AH- à la concentration C
( couple AH2/AH- pKA1 et AH-/A2- pKA2 ). Quelles sont les conditions de validité de cette
relation ?
Complexes et précipités.
1. Qu’appelle-t-on constante globale de formation d’un complexe, constantes successives de
formation d’un complexe ? Comment sont-elles liées ? Comment utiliser une échelle de pKD
pour prévoir la RP ?
2. Qu’appelle-t-on solution saturée, solubilité, produit de solubilité ? Quelle est la condition de
formation d’un précipité à partir de ses ions constitutifs en solution aqueuse ? Pourquoi, dans le
cas d’un précipité, parle-t-on de domaine d’existence et non de domaine de prédominance ?
Couples redox.
1. Rappeler la relation de Nernst. Application aux couples Cl 2(g) /Cl-(aq) Cr2O72-(aq) / Cr 3+(aq) ,
Zn(OH)2(s) / Zn(s) . Préciser la signification du terme « potentiel redox ».
2. L’origine des potentiels redox est l’électrode standard à hydrogène . La décrire. Qu’en est-il en
pratique ?
3. Quelle est la condition d’équilibre d’un système redox ? Comment s’exprime la constante
d’équilibre d’une réaction rédox ?
Dosages.
1. A quelle condition une réaction peut-elle servir de réaction de dosage ? Comment définit-on
l’équivalence ?
2. Donner l’allure des courbes de dosages pHmétrique et conductimétrique de 10 mL d’une
solution d’acide faible AH ( pKA(AH/A-) = 5 ) de concentration C par de la soude de
concentration C où C = 10-2 mol.L-1.
3. Comment est modifiée la courbe pHmétrique si C ou pKA varient ?
4. Définir une solution tampon. De quoi est-elle composée ? Comment peut-on la préparer ?
Qu’appelle-t-on pseudo-tampon ?
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Piles et électrodes.
1. Qu’est-ce qu’une anode ? Une cathode ? Expliciter le fonctionnement d’une cellule galvanique en
mode « générateur ». Préciser l’utilité du pont salin.
2. L’électrode au calomel saturée est une électrode de référence couramment utilisée. Qu’est-ce
qu’une électrode de référence ? Décrire la chaîne électrochimique mise en jeu ? Pourquoi est-elle
saturée ?
E. Chimie organique.
Stéréochimie organique.
1. Définir les termes suivants : énantiomères, diastéréoisomères, molécule chirale. Donner des
exemples simples en précisant les descripteurs stéréochimiques Z, E ou R, S mis en jeu.
2. Représenter les différents stéréoisomères de l’acide 2-bromo-3-chlorobutanedioïque. Quelles
relations les lient ?
3. Analyse conformationnelle du cyclohexane. Quelles sont les différentes conformations
particulières ? Donner la courbe d’énergie potentielle correspondante.
Réactivité.
1. Qu’appelle-t-on composé électrophile, nucléophile ? Quelle différence y a-t-il avec acidité et
basicité de Lewis ?
2. Quels sont les critères employés pour justifier la stabilité relative d’un carbocation par rapport
à un autre ?
Alcènes.
On considère le (Z)-3-méthylpent-2-ène.
1. Définir une réaction régiosélective, stéréosélective, stéréospécifique. Appliquer ces notions
dans le cas de l’alcène choisi.
2. Enoncer la règle de Markovnikov. L’illustrer sur l’alcène choisi et donner le mécanisme
correspondant.
3. Préciser l’action de l’ozone sur l’alcène choisi, suivie d’une hydrolyse réductrice. Donner un
exemple de réducteur employé.
Travaux pratiques.
1. En ouvrant le Handbook, on peut lire au sujet du limonène :
Limonene (d) or 4-isopropenyl-1-methylcyclohexene
Mol.wt
136,24
Specific
rotation
b.p(°C)
m.p(°C)
Density
nD
solubility
178,6112
- 74,3
0,841120/4
1,473020
al, eth
Quelle est la signification de chaque terme, valeur et indice ?
2. Identifier les différents pictogrammes présents dans le laboratoire de chimie.
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3. Comment mesure-t-on un point de fusion ? Expliquer le principe de la mesure. Quelles sont
les précautions d’usage ?
4. Expliquer le principe de la mesure d’un indice de réfraction.
5. Qu’est-ce qu’un sel hygroscopique ? A quoi sert-il ? Citer des exemples.
6. Quelles sont les différences entre extraction et lavage ?
7. Décrire la chromatographie sur couche mince.
Dérivés halogénés.
1. Rappeler le mécanisme de SN1 et SN2 lors du traitement du 2-chlorobutane par l’hydroxyde de
sodium. Donner les caractéristiques stéréochimiques de chaque mécanisme.
2. Quelle est la loi de vitesse d’une SN1 et d’une SN2 ? Quelle est l’influence du nucléophile, de la
classe du substrat, du solvant et du nucléofuge dans ces deux mécanismes ?
3. Choisir un exemple convenable permettant d’illustrer le mécanisme mais également les
caractéristiques stéréochimiques des éliminations E1 puis E2. Quelle loi explique la
régiochimie des éliminations ?
4. On considère les solvants suivants : cyclohexane, propanone, diéthyléther, tétrachlorométhane,
acide acétique, éthanol, tétrahydrofurane et eau. Préciser s’ils sont polaires ou apolaires,
protiques ou aprotiques.
Alcools.
1. Compléter le schéma suivant :
Br
... + HCl + SO2
...
HBr
... H2SO4, 180°C
...
... + P( OH)3
....
H SO4,120°C
2
...
Na
( iPr)2 NLi
...
...
2. Illustrer la notion de déshydratation intra ou intermoléculaire des alcools, à l’aide d’un exemple
bien choisi. Préciser le mécanisme. La déshydratation intramoléculaire est-elle possible avec
tous les alcools ?
3. Comparer l’acidité des alcools et des phénols.
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Amines.
1. Pourquoi une amine est-elle nucléophile en milieu basique et pourquoi est-elle soluble dans
l’eau en milieu acide ?
2. Rappeler le mécanisme d’alkylation d’un amine primaire à partir d’un halogénoalcane en excès.
Commenter.
Organomagnésiens mixtes.
1. Représenter le montage expérimental de la synthèse d’un organomagnésien mixte. Quelles
sont les précautions opératoires ? Justifier le choix puis le rôle du solvant. Quel est l’intérêt
de travailler sous atmosphère inerte ? Quelles astuces utilise-t-on pour amorcer la
synthèse ? Pourquoi la synthèse s’effectue-t-elle avec un excès de magnésium par rapport au
dérivé halogéné ?
2. Comparer l’ordre de réactivité des halogénures d’alkyle lors d’une synthèse magnésienne.
3. Comment prépare-t-on un organomagnésien de type acétylénique ? Quelle propriété du
réactif de Grignard utilise-t-on ?
4. Proposer différentes façons d’obtenir un alcool grâce à l’action d’un organomagnésien sur un
composé organique. Comment obtenir une cétone ? Un acide carboxylique ? Préciser le
mécanisme des réactions.