Concours technicien en chimie et sciences physiques ENS Lyon 2017

Exercice 1 QCM
1. La formule chimique du benzène est :
C₁₂H₁₂ ; C₆H₁₂ ; C₆H₆ ( vrai).
2. Un réactif qui fournit des électrons est :
une base ; un acide ; un réducteur ( vrai) ; un oxydant.
3. La réaction de Friedel et Crafts est une réaction :
d'hydrolyse ; d'addition ; de substitution ( vrai) ; d'élimination.
4. Le principe de la spectroscopie infrarouge repose sur :
les transitions de phases ; les transitions vibrationnelles (vrai) ; les transitions électroniques ; les transitions thermiques.
5. On veut réaliser une pile cuivre-zinc en utilisant des plaques de cuivre et de zinc et des solutions de sulfate de cuivre et de zinc de concentration 0,1 mol/L. E°(Cu²⁺/Cu) = 0,34 V ; E°(Zn²⁺/Zn) = -0,76 V. Quelle sera la cathode ?
Le cuivre (vrai) ; le zinc ; les données ne permettent pas de le dire.
La cathode est le siège d'une réduction de l'oxydant le plus fort, l'ion cuivre (II).
L'anode est le siège d'une oxydation du réducteur le plus fort, le zinc.
6. Quel est le degré d'oxydation de l'uranium dans le cation uranyle, de formule UO₂²⁺ ?
+2 ; +4 ; +6 (vrai) ; +8.
n.o(U) +2(-2) = 2 ; n.o(U) = 2+4 = 6.

Exercice 2. Analyse d'un lait.
Dosage par conductimétrie.
1. On prélève un volume V₀ = 20,0 mL de lait ( solution S₀) et on les introduit dans une fiole jaugée de volume V_S = 100,0 mL.On complète avec de l'eau distillée et on homogénéise pour obtenir la solution S de concentration C_S. Quel rapport existe-t-il entre C₀ et C_S ?
C₀ = 100 /20 =5 C_S.
2. On verse un volume V₁ = 10,0 mL de la solution S dans un becher et on y ajoute environ 250 mL d'eau distillée. Indiquer précisément le protocole à suivre pour prélever 10,0 mL de la solution S.
Verser un peu de solution S dans un bécher, prendre une pipette jaugée de 10,0 mL ( rincée avec la solution S) surmontée d'un pipeteur ; utiliser un autre bécher pour placer ce prélevement.
3. On plonge dans le becher une cellule conductimétrique. Initialement et après chaque ajout, mL par mL, d'une solution de nitrate d'argent de concentration C₂ = 5,00 10^-3 mol/L on détermine la conductivité du milieu réactionnel. Indiqué sur un schéma annoté, le dispositif à mettre en place.

Le suivi conductimétrique du dosage permet d'obtenir la courbe d'évolution de la conductivité s du milieu réactionnel en fonction du volume V₂ de nitrate d'argent ajouté.
Equation de réaction de la transformation chimique rapide : Ag⁺aq +Cl^-aq --> AgCl(s).
4. Quelle est l'origine de la conductivité initiale de la solution ?
La conductivité initiale de la solution est due à tous les ions qu'elle contient et en particulier à l'ion chlorure.
5. En utilisant les valeurs des conductivités molaires ioniques données ci-dessous, interpréter la variation de la valeur de la conductivité s du milieu réactionnel au cours du dosage.
À 25°C : l_Cl- = 76,3 10^-4 m².S.mol^-1;l_NO3-= 71,4 10^-4 m².S.mol^-1; l_Ag+= 10^-4 m².S.mol^-1.

Avant l'équivalence, les ions chlorure sont en excès, les ions argent ajoutés sont tous consommés ; on ajoute des ions nitrate d'où l'expression de la conductivité s du milieu réactionnel : s = l_Cl- [Cl^-] + l_NO3-[NO₃^-].
Du point de vue de la conductivité, tout se passe comme si on remplaçait les ions chlorure par les ions nitrate ; de plus le volume de la solution est à peu près constant : or l_NO3-< l_Cl- , en conséquence la conductivité va diminuer.
Après l'équivalence, les ions chlorure ont disparu, les ions argent ajoutés ne sont plus consommés ; on ajoute des ions nitrate d'où l'expression de la conductivité s du milieu réactionnel : s = l_Ag+ [Ag⁺] + l_NO3-[NO₃^-]. Les concentrations de ces deux ions croissent et en conséquence la conductivité va augmenter.
6. Quel événement correspond au point particulier apparaissant sur la courbe s = f(V₂) ?
7. Déterminer, en utilisant cette courbe, le volume V_2E de solution de nitrate d'argent versé à l'équivalence.

L'abscisse du point particulier, intersection des deux segments de droites, apparaissant sur la courbe s = f(V₂) , donne le volume de solution titrante ajouté à l'équivalence. V_2E =12,0 mL

8. Quelle est à l'équivalence la relation entre la quantité de matière en ions argent introduits et la quantité de matière en ions chlorure initialement présents ?
9. En déduire la concentration molaire C_S en ions chlorure initialement présents dans la solution S, puis celle C₀ dans le lait.
D'après les coefficients stoechiométriques de l'équation de réaction : Ag⁺(aq) +Cl^-(aq) = AgCl(s), à l'équivalence la quantité de matière en ions argent introduits est égale à la quantité de matière en ions chlorure initialement présents.
C₂V_2E =V₁C_S d'oùC_S=C₂V_2E /V₁ = 5,00 10^-3* 12,0 / 10,0 = 6,00 10^-3 mol/L
en tenant compte de la dilution, C₀ = 5 C_S=3,00 10^-2 mol/L.
10. La masse d'ions chlorure présents dans un litre de lait doit être comprise entre 1,0 g et 2,0 g. Calculer la masse d'ions chlorure présents dans le lait étudié et conclure. Masse molaire des ions chlorure : M(Cl^-) = 35,5 g.mol^-1.

Masse d'ions chlorure présents dans 1 L de lait étudié : C_S*M(Cl^-) = 3,00 10^-2 *35,5 =1,07 g/L.
La masse d'ions chlorure présents dans un litre de lait doit être comprise entre 1,0 g et 2,0 g : ce lait correspond donc à cette norme.