Aurélie 02/09/09

 

 

acide base  : ion ammonium / ammoniac ; résistance d'une bobine réelle ; chimie organique : concours technicien laboratoire  du ministère de l'économie, de l'industrie , du budget..2008.

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Acide base.
On donne ion ammonium / ammoniac NH4+ / NH3 Ka = 6,3 10-10 ou pKa = 9,2 à 25°C.
Zones de virages d'indicateurs colorés : hélianthine : (rouge) 2,4 - 4,4 ( jaune)
Rouge de méthyle : (rouge) 4,2 - 6,2 (jaune)
Bleu de bromothymol : (jaune) 6,0 - 7,6 ( bleu)
Phénolphtaléine : ( incolore) 8,2 - 9,9 (rose).
On considère une solution  S1 de chlorure d'ammonium  à la concentration c1 = 0,20 mol/L et une solution S2 d'ammoniac  à la concentration c2 = 0,12 mol/L.
Partie 1.

Tracer le diagramme de prédominance du couple de l'ion ammonium.
 

 Le pH de la solution S2 vaut pH = 11,1.
En déduire l'espèce prédominante dans cette solution.
 A pH supérieur  à pKa, la forme base NH3 du couple prédomine.

Déterminer la concentration en ion oxonium de cette solution.
[H3O+] = 10-pH = 10-11,1 = 7,94 10-12 mol/L.
 Le pH de la solution S1 vaut pH = 4,95.
En déduire l'espèce prédominante dans cette solution.
 A pH inférieur  à pKa, la forme acide NH4+ du couple prédomine.

Partie 2.
On mélange 28,0 mL de solution S1 et 12,0 mL de solution S2.

Déterminer le rapport [NH3] / [NH4+]  à l'équilibre  à 25 °C.
Quantité de matière (mol) = volume (L) fois concentration ( mol/L)
Quantité de matière initiale : n0 (
NH3)=12 *0,12 = 1,44 mmol ; [NH3] = 1,44 / (28+12) = 0,036 mol/L.
n0 (NH4+)=28 *0,20 = 5,6 mmol ; [NH4+] =5,6 / (28+12) =0,14 mol/L.
[NH3] / [NH4+] = 0,036/0,14 = 0,257.

Donner la valeur du pH de la solution.
pH = pKa + log (
[NH3] / [NH4+] ) =9,2 + log 0,257 =8,6.

Quelle est la nature de la solution obtenue ? Quelles sont ses propriétés ?
Le pH de la solution est assez proche de la valeur du pKa : la solution possède un pouvoir tampon.
Un solution tampon modère les variations de pH suite  à l'ajout d'une petite quantité de base forte  ou d'acide fort.

Le pH d'une solution tampon ne varie pas par dilution.


Partie 3.
Rappeller les précautions  à prendre  lors de l'utilation d'acide chlorhydrique concentré.
Port de blouse, gants et lunettes de protection.

Dans un becher on introduit 20,0 mL de la solution S2. Avec quel instrument de verrerie prélève t-on les 20,0 mL ?
20,0 : 3 chiffres significatifs. Un volume précis est prélever  à l'aide d'une pipette jaugée.
Comment l'acide chlorhydrique est-il produit dans l'industrie ?
Le dichlore gazeux est combiné avec le dihydrogène.
La majeure partie de l'acide chlorhydrique  est obtenu dans des installations produisant des composés organiques chlorés.

A l'aide d'une burette, on ajoute dans le becher de l'acide chlorhydrique  à 0,15 mol/L.

Ecriver l'équation de la réaction qui se produit.

NH3 aq + H3O+ aq = NH4+ aq + H2O (l).

Exprimer puis calculer la constante d'équilibre K associée à la réaction. Conclure.

K = [NH4+] / ([NH3] [H3O+] ).
Or Ka = ([NH3] [H3O+] / [NH4+] d'où K = 1 / Ka = 1 / 6,3 10-10 = 1,6 109.
K est très grand : la réaction est totale.

On s'intéresse  à l'équivalence de ce dosage.
Définir l'équivalence et déterminer le volume de solution titrante  à verser  pour l'atteindre.
A l'équivalence les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence l'un des réactifs est en excès, après l'équivalence, l'autre réactif est en excès.
Quantité de matière d'ammoniac : 12 * 0,12 = 1,44 mmol
Quantité de matière d'acide : V *0,15 = 1,44 ; V = 1,44 / 0,15 =9,6 mL.
On repère l'équivalence  à l'aide d'un indicateur coloré. Lequel choisir ; justifier.
A l'équivalence on a une solution de chlorure d'ammonium : l'ion ammonium est un acide, donc le pH de la solution est inférieur  à 7.
La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent : donc
Rouge de méthyle : (rouge) 4,2 - 6,2 (jaune).



 

 


Résistance d'une bobine réelle.

On désire vérifier la résistance r d'une bobine réelle d'inductance L= 250 mH modélisée par :

A- En régime permanent :

On réalise un circuit comportant un générateur de tension continue de fem E= 6,0 V, de résistance interne négligeable, un ampèremètre numérique, un voltmètre numérique, des fils de connexion et la bobine étudiée.

  1. Compléter le schéma ci-dessous en indiquant la position de l'ampèremètre, du voltmètre. Faire figurer la tension uG=E aux bornes du générateur, uB, tension aux bornes de la bobine. La tension aux bornes de l'ampèremètre est négligeable.
Les mesures des appareils donnent uB=5,95 V et I= 410 mA. En déduire la résistance r de la bobine en justifiant la démarche.

En régime permanent l'intensité I0 est constante et dI0/dt est nulle ; la tension aux bornes de la bobine est uL=rI0

uL=rI0   ; r = uL /I0 = 5,95 / 0,410 = 14,5 W.



 





 



Isomérie plane, stéréoisomérie.
Qu'appelle t-on stéréoisomères ?
Molécules, possédant la même formule semi-développée, mais dont l'arrangement  dans l'espace est différent.
les stéréoisomères peuvent être regroupés en  deux catégorie. LesquelsDonner des exemples.

Diastéréoisomères : le passage d'une configuration à une autre nécessite la rupture d'une liaison chimique .


A température ambiante, la rotation autour d'une liaison double carbone carbone n'est pas possible. Le Z but-2-ène et le E but-2-ène sont des diastéréoisomères, aux propriétés chimiques et physiques différentes. Ces 2 configurations sont séparables.


Enantiomères : ce sont 2 isomères de configuration, images l'un de l'autre dans un miroir. Deux énantiomères ne différent que par leur propriétés optiques; ils sont séparables




 


 Identification d'un composé organique.

Le composé A est un ester de masse molaire 130 g/mol. L'analyse élémentaire de A  donne  les pourcentages  massiques des éléments  carbone, oxygène et hydrogène. C : 64,6 % ; H : 10,8 % ; O : 24,6 %.

Déterminer la formule brute de A.
Formule brute : CxHyOz avec x, y, z entiers.12 x / 64,6 =  130 / 100 = 1,3 ; x = 1,3*64,6 / 12 = 7
y / 10,8 = 1,3 ; y = 10,8*1,3 =14 ;
16 z / 24,6 = 1,3 ; z = 1,3*24,6/16 = 2
C7H14O2.
On fait réagir  à chaud l'ester A avec une solution aqueuse  de potasse ( K+ + HO- ). Cette réaction donne de l'éthanol et un anion organique B.
l'action d'un acide fort avec B donne  un composé neutre B'. Le spectre infrarouge de B' est donnée ci-dessous.

Donner la formule brute de B et B' ; justifier.
Il s'agit de la saponification d'un ester donnant un alcool et un ion carboxylate (B) :

C7H14O2 + HO-  = C5H9O2- (B) + C2H6O( éthanol)
suivi de : C5H9O2- (B) + H3O+ = C5H10O2 (B') + H2O
Identifier les bandes qui caractérisent la fonction  organique portée par B'.

Il s'agit de la fonction acide carboxylique.
Large bande vers 3000 cm-1 : groupe OH lié par liaison hydrogène.

Pic intense vers 1700 cm-1 : groupe C=O.
Ecrire  les formules semi-développées et donner les noms des isomères en chaîne de B'.

B' est chirale. Identifier B'.

La présence d'un carbone asymétrique conduit  à une molécule chirale :


Ecrire la frormule semi développée de A et nommer A.



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