Aurélie 04/11/11
 

 

    Atomes, solvants, isomères, oxydation ménagée : concours Technicien chimiste Bordeaux 2011.


. .


L'atome.
Déterminer les particules qui constituent les atomes ou ions suivants :
3517Cl : 17 protons, 17 élctrons, 35-17 = 18 neutrons.
5927Co : 27 protons, 27 électrons, 59-27 = 32 neutrons.
146C : 6 protons, 6 électrons, 14-6 = 8 neutrons.
13153I : 53 protons, 53 électrons, 131-53 = 78 neutrons.
7935Br- : l'atome compte 35 protons, 35 électrons, 79-35 = 44 neutrons ; l'atome gagne un électron et donne l'ion bromure (36 électrons ).
3216S2- : l'atome compte 16 protons, 16 électrons, 32-16 = 16 neutrons ; l'atome gagne 2 électrons et donne l'ion sulfure (18 électrons ).
13355Cs+ : l'atome compte 55 protons, 55 électrons, 133-55 = 78 neutrons ; l'atome perd un électron et donne l'ion césium (54 électrons ).
6430Zn2+ : l'atome compte 30 protons, 30 électrons, 64-30 = 34 neutrons ; l'atome perd 2 électrons et donne l'ion zinc (28 électrons ).


On admettra que la masse de l’atome d’aluminium 2713Al est égale à la somme des masses des particules qui le constituent.
Quelle est la masse du noyau d’un atome d’aluminium ?
Masse du neutron : mn = 1,6749 10-27 kg ;
Masse du proton : mp = 1,6726 10-27 kg ;
 masse molaire de l’aluminium-27 : M = 26,9815413 g mol-1 ;
Nombre d’Avogadro : NA = 6,02214199 1023 mol-1 ; masse de l'électron 9,1094 10-31 kg.
13 mp +(27-13)mn =(13*1,6726 +14*1,6749) 10-27 =4,51924 10-26 kg .
Quelle est la masse du cortège électronique d’un atome d’aluminium ? Comparer.
13 *
9,1094 10-31  =1,1842 10-29 kg.
La masse des électrons est négligeable devant la masse de l'atome ou devant la masse du noyau.

Quelle est la masse d’un atome d’aluminium ainsi calculée ?
4,51924 10-26 + 1,1842 10-29 =4,52042 10-26 kg.
Relever la masse atomique de l’aluminium reportée dans le tableau périodique. Comment justifie-t-on l’écart de masse ? Citer une utilisation des plus courantes de ce défaut de masse.
Masse réelle de l'atome : M / NA= 26,9815413 / 6,02214199 1023= 4,48038943 10-23 g =4,48038943 10-26 kg.
On appelle défaut de masse d'un noyau la différence entre la masse totale des A nucléons séparés ( Z protons et A-Z neutrons), au repos et la masse du noyau formé, au repos.
On appelle énergie de liaison notée El d'un noyau l'énergie que doit fournir le milieu extérieur pour séparer ce noyau au repos en ses nucléons libres au repos.
On a constaté que la masse du noyau atomique est inférieure à la somme des masses des nucléons qui le constituent : ce défaut de masse est lié à l'énergie de liaison du noyau.
Utilisation : les réactions de fission nucléaire dans les réacteurs civils produisant de l'électricité.
La masse volumique de l’aluminium est r = 2,7 103 kg m-3.
Quelle est la masse d’un cube d’aluminium de 2 cm de côté ?
volume du cube V=0,023 =8 10-6 m3.
m = V r = 8 10-6 *2,7 103 = 2,16 10-2 kg.
Combien ce cube contient-il d’atomes d’aluminium ?
2,16 10-2 / 4,48038943 10-26 =4,82 1023 atomes.
Quelle est le volume molaire (volume d’une mole) à l’état solide de l’aluminium ?
M / = 27 10-3 / 2,7 103 =1,0 10-5  m-3mol-1.

.
.

Comparaison de divers solvants.
solvant
nom
µ/D
er
H2O
eau
1,85
78,5 à 25°C
NH3
ammoniaque
1,50
22,4 à -33°C
(C2H5)2O
éther éthylique
1,15
4,4 à 25°C
C6H6
benzène
0
2,3 à 25°C

Que représentent les notations µ et e ?
µ : moment dipolaire ; e : permittivité relative
Indiquer le caractère polaire ou apolaire et dispersant ou non de chaque solvant.
H2O, NH3, (C2H5)2O sont des molécules polaires. C6H6 est apolaire.
H2O, NH3 sont des solvants dispersant ( er élévée ).
Un étudiant veut préparer un mélange de deux solvants. Quels sont les mélanges possibles ?
D'une part H2O, NH3 et d'autre part (C2H5)2O, C6H6.

Isomères.
 Soit la molécule ayant la formule brute C4H11N. Calculer le pourcentage massique de chaque atome dans cette molécule.
M =4*12+11+14=73 g/mol.
% C : 48/73*100 =65,7 % ; % H : 11/73*100=15,1 % ; %N : 14/73*100=19,2 %
 La molécule possède plusieurs isomères. Donner la définition du terme « isomère ».
Des isomères possèdent la même formule brute, mais des formules semi-développées différentes.
On sait que la molécule possède un groupe –NH2. Donner les 4 formules semi-développées des isomères possibles.
CH3-CH2-CH2-CH2-NH2.




Produits oxygénés.
On possède 5 flacons contenant les produits notés A, B, C, D, E tous différents. On ne connaît pas leur nom mais on sait que :
* chaque produit est un corps pur et sa molécule ne contient que 3 atomes de carbone, des atomes d’hydrogène et 1 ou 2 atomes d’oxygène.
* la chaîne carbonée ne contient pas de liaisons multiples.
* parmi les 5 composés, il y a deux mono-alcools.
On réalise une oxydation ménagée par le dichromate de potassium en milieu acide des produits A et B et on obtient les résultats suivants : A conduit à C ou à D alors que B conduit uniquement à E.
 Cette expérience est-elle suffisante pour identifier les 5 produits ? Justifier.
A est un alcool primaire qui par oxydation ménagée donne un aldehyde ou un acide carboxylique.
A : propan-1-ol ; C, D : propanal ou acide propanoïque.
B est un alcool secondaire qui donne par oxydation ménagée une cétone.
B : propan-2-ol et E propanone.
On ne peut pas identifier C ou D.
Pour préciser les résultats précédents, on utilise le réactif de Tollens. On constate que C est oxydé. Identifier les cinq produits, donner leurs noms et leurs formules semi-développées.
C est un aldehyde, le propanal; D est l'acide propanoïque.
A : CH3-CH2-CH2OH ; B :
CH3-CHOH-CH3 ; C : CH3-CH2-CHO ; D : CH3-CH2-COOH ; E : CH3-CO-CH3.
Equilibrer l’équation de la réaction d’oxydoréduction par le dichromate de potassium en milieu acide qui fait passer du produit A au produit D.

3 fois{ C3 H8 O +H2O = C3H6 O2 + 4 électrons + 4H+}.
2 fois{ Cr2O72- + 6 electrons +14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O}.
3 C3 H8 O +3H2O + 2 Cr2O72- +28 H+ donne 3 C3H6 O2 + 4Cr3+ + 12 H+ + 14 H2O

On fait ensuite réagir le produit A avec le produit D. Ecrire l’équation de la réaction en utilisant les formules semi développées. Donner le nom du produit organique obtenu. Donnez les
principales caractéristiques de cette réaction.
Estérification lente et limitée par l'hydrolyse de l'ester.









menu