aurélie dec 2000

concours aide technique labo 94
1
oxydo-réduction
  1. Donner la définition d'un oxydant, d'un réducteur.
  2. Dans les deux couples oxydoréducteur suivants Cu2+ / Cu et Zn2+ / Zn indiquer le(s) oxydant(s), le(s) réducteur(s) .
  3. L'oxydant du couple Cu2+ / Cu a un pouvoir oxydant supérieur à celui de l'oxydant du couple Zn2+ / Zn .Que se passera-t-il si on place une lame de zinc dans une solution contenant des ions Cu2+ ? si on place une lame de cuivre dans une solution contenant des ions Zn2+
  4. On réalise une pile DANIELL avec les deux couples précédents. Faire un schéma pour expliquer sa réalisation. Indiquer le pôle + de cette pile sur le schéma. Avec quel appareil peut on mesurer précisément la fem de cette pile. Préciser la caractéristique de cet appareil ainsi que les branchements à réaliser. On donne la classification électrochimique de quelques couples oxydoréducteurs avec les potentiels d'oxydoréduction.

    Ag+ / Ag (E=0,96) Cu2+ / Cu (0,34V) H3O+ / H2 ; Zn2+ / Zn (-0,76 V). Calculer la fem de la pile Daniell. Justifier votre réponse.

  5. Le métal argent peut-il être attaqué par l'acide chlorhydrique. Justifier.
  6. Ecrire l'équation-bilan de la réaction qui se produit quand la pile fonctionne

     

corrigé
oxydant : ion ou molécule suceptible de gagner des électrons  au cours d'une réduction.

réducteur : ion ou molécule susceptible de libérer des électrons au cours d'un oxydation.

Les oxydants sont Cu2+ et Zn2+; les réducteurs sont Cu et Zn. 

La plaque de zinc se recouvre de cuivre.

si on place une lame de cuivre dans une solution contenant des ions Zn2+ : il ne se passe rien.

fem mesurée avec un voltmètre électronique ou un multimètre sur la fonction voltmètre, monté en dérivation, borne COM sur le zinc.

fem grandeur positive égale à la valeur absolue de la différence des potentiels redox des 2 couples intervenant dans la pile soit (0,34 -(-0,76 )) = 1,1 V

Le métal argent est un réducteur plus faible que H2, donc H3O+ ne peut pas attaquer l'argent.

borne - de la pile : oxydation du zinc (anode) Zn donne Zn2+ + 2e-.

borne + de la pile : réduction des ions Cu2+ : (cathode) Cu2+ + 2e- donne Cu.

bilan : Zn + Cu2+ donne Cu +Zn2+.

 
2
chimie organique

On dispose du matériel suivant :
éprouvette graduée de 50 mL, 100 mL et 250 mL;
fioles jaugées de 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL et 1 L ;
burettes de Mohr de 25 mL et 50 mL ;
pipettes jaugées 5 mL, 10 mL, 20 mL, 25 mL et 50 mL;
béchers de 50 mL, 100mL, 250 mL ;
erlenmeyers; verres à pied; poires aspirantes; pissette d'eau déminéralisée;
Agitateur magnétique et barreau magnétique; ballons de 50 mL, 100 mL, 250 mL; réfrigérant; chauffe-ballon.

On veut réaliser l'hydrolyse d'un ester : l'éthanoate (ou acétate) d'éthyle (CH3CO2C2H5) à partir d'un mélange de 0,5 mol d'ester et 0,5 mol d'eau placées dans un ballon.

  1. Quels volumes d'ester et d'eau faut-il prélever pour préparer le mélange initial ? Justifier votre calcul. Données masses volumiques µeau = 1 g/cm3, µester = 0,9g/cm3 . masses molaires g.mol-1 :H = 1,0 ; O = 16,0; C = 12
  2. Ecrire l'équation-bilan de la réaction d'hydrolyse en utilisant les formules semi-développées et nommer les produits formés. Comment s'appelle la réaction inverse qui a lieu en même temps ?Quel catalyseur peut-on utiliser ?
  3. Au bout de 24 heures, on veut déterminer la quantité (en mol) d'acide carboxylique formé. A cet effet on prélève 5 mL du mélange du ballon et on les dose avec de la soude de concentration 1,0 mol.L-1. Décrire à l'aide de schéma le mode opératoire du dosage réalisé en précisant le nom de la verrerie et des réactifs utilisés.
  4. Parmi les trois indicateurs colorés suivants entourer celui qui est le mieux adapté pour repérer l'équivalence acido-basique. Justifier votre réponse. hélianthine zone de virage[3,1-4,4]; bleu de bromothymol zone de virage [6,0-7,6]; phénolphtaléine zone de virage [8,2-10].
  5. La solution de soude utilisée de concentration, a été préparée par dissolution dans l'eau de soude en cristaux (NaOH). Quelle masse de soude a-t-il fallu dissoudre pour préparer 500 cm3 de cette solution ? Données : masses molaires g.mol-1 Na = 23; H = 1 ; O = 16,0.
  6. A partir de la soude à 1,0 mol.L-1 , le préparateur doit préparer pour une autre expérience 100 cm3 de solution de soude de concentration 0,1 mol.L-1. Décrire le mode opératoire à l'aide de schémas en indiquant précisément le matériel utilisé (noms ; volumes...)
corrigé
0,5 mol H2O :18*0,5 = 9 g donc 9 mL

0,5 mol ester : 88*0,5 =44 g donc 44/0,9 =48,9 mL

catalyseur : ion hydronium H3O+.

phénolphtaléine zone de virage [8,2-10].

Lors du dosage d'un acide faible par une base forte le pH est supérieur à 7 à l'équivalence (présence de la base ion éthanoate).

0,5 mol de soude dans 0,5 L soit 40*0,5 =20 g.

dilution 10 fois

prélever 10 mL de la solution de soude à 1 mol/L à la pipette + pipeteur.

placer dans fiole jaugée de 100 mL

compléter avec de l'eau distilée.
3
nomenclature
  1. - Nommer les corps suivants: Na2S2O3 et K2Cr2O7
  2. Ecrire les formules semi-développées des composés organiques :
  • propanal
  • éthanamide (ou acétamide)
  • acide butanoïque
  • anhydride éthanoïque
corrigé
thiosulfate de sodium et dichromate de potassium

4
optique

 

  1. Que signifie l'indication +5 que l'on peut lire sur la monture d'une lentille? Préciser l'inité.
  2. Calculer sa distance focale. Préciser la formule utilisée et l'unité.
  3. Pour déterminer expérimentalement la distance focale d'une lentille, on utilise un banc d'optique portant : un objet lumineux de 4 cm, noté AB; une lentille L; un écran E. L'objet source étant fixe, on déplace la lentille et l'écran de façon à obtenir sur l'écran une image nette de même grandeur que l'objet. Dessiner un schéma de l'expérience. Quelle est la nature et l'orientation de l'image obtenue ?
  4. Quelle est la position de la lentille par rapport à l'objet et à l'écran ? Justifier la réponse précédente à partir de l'expression du grandissement.
  5. La distance objet-lentille est 40,2 cm. En déduire la distance focale de cette lentille? Justifier la réponse précédente à partir de la formule des lentilles.
    corrigé
vergence :5 dioptries

distance focale = inverse de la vergence = 0,2 m.

image réelle inversée. Le grandissement est égal à -1.

F est le milieu de AO; F' le milieu de OA' et AO=OA'

donc AA'= 4 distance focale.

la distance focale image OF' est 0,201 m.
5
circuit RLC

 Le circuit R, L, C schématisé ci-dessous est alimenté par un générateur basse fréquence (GBF) délivrant une tension sinusoïdale. On réalise les connexions représentées sur le schéma entre le circuit et un oscilloscope. (échelles différentes sur les 2 voies). On obtient sur l'écran les courbes ci-dessous. L'ampèremètre utilisé en alternatif indique 7 mA.

  1. Quelle est la période de la tension délivrée par le GBF ? En déduire sa fréquence .
  2. Quelles sont les tensions mesurées en voie A et en voie B ? En déduire la valeur maximale de la tension délivrée par le GBF.
  3. On peut dire que "la voie A permet de visualiser l'intensité". Expliquer pourquoi ?
  4. Quelle est la valeur de la résistance R ? Justifier votre réponse. Quel est le déphasage entre la tension délivrée par le GBF et l'intensité du courant dans le circuit? Que peut-on dire alors du circuit R L C ?
corrigé
Les 2 courbes ont la même période: 4*0,2=0,8 ms =8 10-4 s

fréquence 1/8 10-4 =1250 Hz.

Voie A : tension aux bornes de la résistance, image de l'intensité.

Tension aux bornes d'un résistor et intensité qui le traverse sont proportionnelles.

Voie B : tension aux bornes du GBF, tension aux bornes du dipole RLC.

L'amplitude de la tension délivrée par le GBF est 2 V.

Les 2 courbes, tension aux bornes du dipole et intensité sont en phase. Les effets du condensateur compensent ceux de la bobine: phénomène de résonance d'intensité.

Ueff= R Ieff

intensité efficace lue sur l'ampèremètre :0,007 A

Ueff= Umax / 1,414 =2 / 1,414 = 1,41 V

R=1,41 / 0,007 = 202 ohms

6
électronique
On réalise le montage ci-contre avec R1= 1 kW. 

 

  1. La tension ue délivrée est sinusoïdale. Elle s'écrit ue=Ue sin(t) avec Ue= 5 V. La tension us également sinusoïdale et s'écrit us=-Us sin(t ) avec Us= 10 V. De quel type de montage s'agit-il ? Expliquer le signe - dans l'expression de us. Définir puis calculer l'amplification et le gain (en dB) du montage.
  2. Démontrer l'expression de l'amplification en fonction des valeurs de résistances R1 et R2. En déduire la valeur de la résistance R2.
  3. On augmente la tension d'entrée ue, on obtient une tension de sortie us "écrétée". Donner la valeur de la tension de crête ? Expliquer ce phénomène .
corrigé
amplificateur : l'amplitude de la tension de sortie est le double de l'amplitude de la tension d'entrée.

inverseur : la tension de sortie us est décalée de p radians par rapport à ue.

amplification : 2; gain =10 log(2)= 3 dB

Les entrées de l'amplificateur opérationnel sont des masse virtuelles.

us=-R1 i et ue=R2 i

puis faire le rapport us sur ue

R1 / R2 = 2 avec R1= 1000 ohms d'où R2 = 500 ohms

L'amplitude de la tension de sortie ne peut pas dépasser la valeur + 15 V délivrée par l'alimentation des circuits intégrés de l'amplificateur.
8
stroboscopie
  1. Un disque blanc, portant un secteur noir, tourne d'un mouvement périodique de fréquence N que l'on souhaite déterminer. Un stroboscope électronique éclaire le disque. La fréquence des éclairs vaut Ne. A partir de 150 Hz on diminue la fréquence Ne des éclairs. On observe l'immobilité apparente pour la première fois à la fréquence Ne=60 Hz d'un secteur noir unique . En déduire la fréquence de rotation du disque puis sa vitesse en tours par minutes.
  2. Décrire les phénomènes observés pour les fréquences stroboscopiques suivantes (justifier avec soin les réponses)

    pour Ne = 30 Hz; Ne = 20 Hz ; Ne= 120 Hz; Ne = 59 Hz; Ne = 61 Hz. 

corrigé
La première immobilité apparente du disque est obtenue lorsque la fréquence du stroboscope est égale à la fréquence du disque.

60 Hz ou 60 tours par seconde soit 3600 tours par minute.

Ne (Hz)
observations et explications
30
entre 2 éclairs consécutifs, le disque effectue exactement 2 tours.

immobilité et un seul trait.
20
entre 2 éclairs consécutifs, le disque effectue exactement 3 tours.

immobilité et un seul trait.
120
entre 2 éclairs consécutifs, le disque effectue exactement 0,5 tour.

immobilité et deux traits suivant un diamètre.
59
entre 2 éclairs consécutifs, le disque effectue un peu plus d'un tour

mouvement apparent ralenti dans le sens réel de rotation
61
entre 2 éclairs consécutifs, le disque effectue un peu moins d'un tour.

mouvement apparent ralenti dans le sens contraire du sens réel de rotation

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