Chimie, matériaux, concours Assistant d'ingénieur Lyon 2021.

Chimie, matériaux, concours Assistant d'ingénieur Lyon 2020.

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Chimie.
1. Compléter le tableau.

Element chimique
Hydrogène
Fer
Or
Sodium
Calcium
Azote

Symbole
H
Fe
Au
Na
Ca
N

2. Quelle grandeur facilement mesurable permet de différencier une solution acide d'une solution basique ?
Le pH d'une solution acide est inférieur à 7 et celui d'une solution basique est supérieur à 7.
3. Donner la formule chimique ou le nom des composants chimiques suivants.
Ethanol : C₂H₆O.
Acétone : C₃H₆O.
Dioxyde de carbone : CO₂.
Acide nitrique : HNO₃.
4. Calculer la masse molaire des composés ci-dessous :
CH₄ : 12+4 = 16 g / mol.
C₆H₅NH₂ : 6 x12 +7+14=93 g / mol.
H₂SO₄ : 2 +32 +4 x16 = 98 g /mol.
CuSO₄, 5H₂O : 63,5 +32+4 x16 +5 x18 =249,5 g/mol.
5. Quelle masse de CF₃COOH faut-il peser pour préparer 200 mL d'une solution à 0,5 mol /L ?
n = 0,200 x0,5 = 0,10 mol.
M(CF₃COOH) =12 +4 x19 +12 +2 x16 +1=133 g/mol.
Masse = 0,10 x133 = 13,3 g.
6. Equilibrer les équations chimiques suivantes.
CH₄ + 2O₂ --> CO₂ +2H₂O.
Cr₂O₇^2- + 14 H⁺+ 6 e^---> 2Cr³⁺ +7H₂O.

Conductivité et résistivité de l'eau pure.
1. Quelle est la formule de la conductivité dans un liquide ?
Conductivité = somme (conductivité molaire ionique x concentration.
s=S l_i C_i.
l : conductivité molaire ionique ( S m² mol^-1)
C : concentration ( mol m^-3).
s :Conductivité ( S m^-1).

3. Ecrire l'équilibre stoechiométrique de l'eau pure.
2H₂O = H₃O⁺ +HO^-.
4. Donner les valeurs des concentrations des ions [H₃O⁺] et [HO^-].
[H₃O⁺] = [HO^-] = 10^-7 mol/L ou 10^-4 mol m^-3 à 25°C.
5. Calculer la conductivité de l'eau pure.
l°(H₃O⁺) = 349,8 10^-4 S m² mol^-1 ; l°(HO^-) = 198,5 10^-4 S m² mol^-1.
10^-4( 349,8 10^-4 +198,5 10^-4 )=5,48 10^-6 S m^-1.
5. Quelle est la formule de la résistivité de l'eau pure ? Donner son unité.
La résistivité ( W m) est l'inverse de la conductivité.
6. Calculer la résistivité de l'eau pure en W cm.
1 / (5,48 10^-6 )=1,82 10⁵ W m = 1,82 10⁷ W cm.

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Matériaux.
1. Quelle est la différence entre matériaux ductile et fragile ? Donner un exemple de chaque.
Un matériau qui présente une grande déformation plastique à rupture est dit ductile ( l'or) , sinon il est dit fragile ( le verre).
2. Donner la définition du coefficient de Poisson. Quel est sa valeur pour l'acier ?
Il caractérise la contraction de la matière perpendiculairement à l'effort appliqué.
Valeur pour l'acier : 0,27 à 0,30.
3. Citer un exemple pour ces trois catégories de matériaux ( isolant électriique, semi-conducteur, conducteur électrique.
Isolant électrique : verre, plastique, air, porcelaine.
Semi-conducteur : silicium, germanium.
Conducteur : tous les métaux.
4. Citer un matériau conducteur thermique et un matériau isolant thermique.
Conducteur thermique : les métaux.
Isolant thermique : air, bois, laine de verre ou de roche.
5. Qu'est ce qu'un matériau composite ? Quel est son intérêt principal ?
Assemblage d'au moins deux composants non miscibles dont les propriétés se complètent.
Avantage principal : aptitude à être conçu à la carte en prenant en compte les sollicitations mécaniques que la pièce va subir.
6. Application élémentaire du module d'Young.
r_fer= 7,800 t m^-3 ; r_béton = 2,400 t m^-3.
Module d'Young : fer : 196 GPa ; béton : 45 Gpa.
Ecrire la relation physique qui lie la contrainte de déformation à la force, donner les unité des grandeurs.
F = -k Dl.
F : force en newton ; Dl : déformation en mètre ; k : raideur ( N m^-1).
7. Ecrire la loi de Hooke.
Pour un matériau homogène isotrope : e = s / E.
e : allongement relatif. s : contrainte (N m^-2). E module d'Young (N m^-2 ou Pa).
8. Définition du module d'Young.
C'est la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement de 100 % de la longueur initiale d'un matériau.
9. Quelle section donner à un poteau de béton pour qu'il subisse la même déformation en compression qu'un poteau en fer de section 40 cm² ?
s_fer / E_fer = s_béton / E_béton ;
Rapport des modules d'Young : 196 / 45 =4,36.
Section du poteau en béton : 40 x4,36 =174 cm².
10. Ecrire la formule qui relie la masse volumique à la masse du matériau.
r = m / V
r : masse volumique en kg m^-3.
m : masse (kg) et V : volume ( m³).
11. Calculer la masse des deux poteaux par mètre de longueur.
Poteau en fer : 40 10^-4 x 1 x7800 =31,2 kg / m.
Poteau en béton : 174 10^-4 x 1 x2400 =41,76 kg / m.

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