Concours externe adjoint technique de recherche et de formation principal Versailles 2021.

I. Chimie.
A Décoloration de l'éosine.
L’éosine est un colorant rouge solide de masse molaire M = 691,9 g.mol^-1 . Un professeur prépare une activité expérimentale sur la décoloration de l’éosine par l’eau de Javel et envisage un suivi de cette cinétique par spectrophotométrie.
Q1 - La concentration en masse de la solution aqueuse de colorant à utiliser par les élèves est 2,8.10^-3 g.L^-1 . Calculer la masse d’éosine nécessaire à la préparation d’un litre de cette solution par dissolution.
2,8 mg.
Q2 - Le laboratoire dispose de balances de pesée, dont les précisions vont de 0,1 g près à 0,001 g près. Expliquer pourquoi la solution demandée ne peut pas être préparée par une unique dissolution.
La balance la plus précise est à 1 mg près. On ne peut pas peser avec précision 2,8 mg.
Q3 - Une stratégie de préparation d’un litre de solution aqueuse d’éosine à 2,8.10^-3 g.L^-1 consiste en une dissolution suivie d’une dilution. Lister précisément le matériel nécessaire à l’ensemble de cette préparation 0,28 g / L puis diluer 100 fois.
Fiole jaugée de 1 L ; pipette jaugée de 10 mL ; bécher, pisette d'eau distillée.
Q4 - La séance d’activité expérimentale est programmée pour 3 groupes de spécialité de terminale composés chacun de 20 élèves regroupés en binômes. Le professeur a indiqué une quantité nécessaire et suffisante de 50 mL de solution d’éosine par paillasse. Déterminer si la préparation d’un litre de solution est suffisante pour l’ensemble des terminales du lycée.
10 binômes fois 3 groupes = 30 binômes soit 30 x50 = 1500 mL = 1,5 L. ( 1 L n'est pas suffisant ).
Q5 - Parmi les appareils représentés ci-dessous, choisir celui correspondant à un spectrophotomètre.

Q6 - A l’aide du document, déterminer en justifiant la couleur de la solution préparée..

Le maximum d'absorption est vers 530 nm ( vert). La solution possède la couleur complémentaire du vert soit le magenta.
Q7 - Préciser le solvant à prévoir pour faire le blanc de l’appareil et justifier le fait que des cuves en plastique soient adaptées pour la séance.
Solution aqueuse, le solvant utilisé pour le blanc est l'eau.
Les cuves en plastique peuvent être utilisées en spectroscopie UV visible.
Q8 - Indiquer dans quel cas il est préconisé d’utiliser des cuves en verre.
Les cuves en verre sont utilisables uniquement dans la partie visible du spectre.

L’eau de Javel est une solution aqueuse incolore d’hypochlorite de sodium (Na⁺ (aq), CℓO^- (aq)) et de chlorure de sodium (Na⁺ (aq), Cℓ^- (aq)). Un berlingot commercial étiqueté à 4,8 % de chlore actif correspond à une solution de concentration en hypochlorite [CℓO^- ]₀ = 0,72 mol.L^-1 . La concentration de la solution à préparer pour les élèves est de 0,48 mol.L^-1 .
Q9 - Indiquer la position de la colonne de l’élément chimique chlore Cℓ dans la classification périodique.
Colonne 17, celle des halogènes.
Q10 - Calculer le facteur de dilution à appliquer pour la préparation de la solution d’eau de Javel à partir du berlingot commercial.
F = 0,72 / 0,48 =1,5.
Au laboratoire, vous retrouvez un flacon noté « eau de Javel diluée » sans autre précision, et vous souhaitez déterminer sa concentration par titrage pour savoir s’il est possible de l’utiliser. Cela se fait en deux étapes :
Etape 1 : réaction avec les ions iodures Les ions hypochlorite ClO^- (aq) oxydent les ions iodures I^- (aq) en milieu faiblement acide. Les ions I ^- (aq) sont ajoutés en excès pour que tous les ions ClO^- (aq) réagissent.
ClO^- (aq) + 2 H⁺ (aq) + 2 I^-(aq) = Cl^- (aq) + I₂₍aq) + H₂O (1)
Etape 2 : réaction de titrage du diiode obtenu Le diiode I₂(aq) formé est titré par les ions thiosulfate S₂O₃ ^2- (aq).
I₂(aq) + 2 S₂O₃ ^2- (aq) --> 2 I^- (aq) + S₄O₆ ^2- (aq) (2)

Q11 - Ecrire tous les couples d’oxydo-réduction mis en jeu dans les réactions (1) et (2) en précisant le rôle (oxydant ou réducteur) des espèces réactives utilisées.
ClO^- (aq) oxydant / Cl^- (aq)
I₂(aq) oxydant (2)/ I^- (aq) réducteur (1)
S₄O₆ ^2- (aq) / S₂O₃ ^2- (aq) réducteur.
Lors de l’étape (2), la solution titrante de thiosulfate de sodium (2 Na⁺ (aq) ; S₂O₃ ^2- (aq)) utilisée a pour concentration C₂ = 0,200 mol.L^-1 . Juste avant l’équivalence, le mélange devient jaune clair, et on y ajoute quelques gouttes d’une solution d’empois d’amidon. Le volume relevé à l'équivalence est V_E = 14,4 mL.
Q12 - Légender le schéma de ce titrage :

Q13 - Indiquer le rôle de l’empois d’amidon.
indicateur de fin de réaction.
En présence de diiode , l'empois d'amidon forme un complexe de couleur violet foncé ( couleur de la solution avant l'équivalence).
Q14 - Sachant que la relation à l’équivalence entre les quantités de matière des réactifs mis en jeu s’écrit n(S₂O₃ ^2- (aq)) = 2 n(I₂(aq)), déterminer la quantité initiale de diiode de l’étape 2.
n(I₂(aq) =0,5 C₂V_E =0,5 x 0,200 x14,4 10^-3 =1,44 10^-3 mol.
Q15 - En déduire la quantité n(CℓO^- ) d’ions hypochlorite dans le volume V₁ = 20,0 mL prélevé de la solution d’eau de Javel, puis la concentration [CℓO^- ]₁ de la solution du flacon trouvé au laboratoire. Conclure si elle peut être utilisée pour la préparation de l’activité expérimentale.
n(CℓO^- ) =n(I₂(aq) =1,44 10^-3 mol dans 20,0 mL soit 1,44 10^-3 x1000 / 20 =7,20 10^-2 mol / L.
Cette valeur étant différente de 0,48 mol / L, elle ne convient pas.
Q16 - Plusieurs panneaux de signalétique liés à la sécurité sont présents dans la salle de travaux pratiques. En choisir deux indiquant la présence d’un dispositif pouvant être utilisé suite à une projection accidentelle d’eau de Javel dans les yeux d’un élève.

Q17 - Donner la signification du sigle FDS.
Fiche de données de sécurité.
Q18. Expliquer la signification des pictogrammes de danger indiqués.

Corrosif et danger pour l'environnement.
Q19 - Indiquer la formule chimique et le nom exact du gaz toxique dégagé par réaction entre un acide et l’eau de Javel.
Dichlore Cl₂.
Q20 - Parmi les bidons de récupération suivants disponibles au laboratoire, choisir celui dans lequel verser les déchets d’eau de Javel : - solutions basiques - solutions acides - solvants organiques - solutions de métaux lourds.

B - Synthèse du paracétamol
Un professeur prépare une activité expérimentale de synthèse du paracétamol et fournit à l’agent de laboratoire une fiche de préparation dont un extrait est reproduit ci-après :
Etapes du protocole de synthèse :
- Dans un erlenmeyer placer le para-aminophénol, l’eau distillée, le solvant de synthèse et un barreau aimanté. Adapter un réfrigérant à air et chauffer au bain-marie.
Laisser refroidir. Ajouter l’anhydride acétique et remettre au bain-marie.
Laisser refroidir à l’air puis dans un bain d’eau glacée.
Filtrer sous vide le solide obtenu. Mettre à l’étuve.
Déterminer la température de fusion du solide obtenu.
Effectuer une chromatographie sur couche mince avec 3 dépôts : para-aminophénol, solide obtenu, paracétamol commercial, tous dissous dans l’éthanol.
Procéder à la recristallisation dans l’eau du solide obtenu. Filtrer sous vide. Mettre à l’étuve.
Q21 - Donner la formule semi-développée puis la formule brute de la molécule de paracétamol synthétisée lors de cette expérience.

Q22 - Déterminer la formule brute du produit secondaire X formé pendant cette synthèse.

Q23 - Parmi les produits à mettre à disposition, choisir ceux devant être installés sous la hotte aspirante de la salle.
Anhydride éthanoïque et para aminophénol.
Q24 - Expliquer la différence entre les phrases de type H ainsi que celles de type P.
Phrase de typa H : danger ; phrases de type H : conseils de prudence.
Q25 - Proposer le matériel à disposer à proximité du flacon d’anhydride éthanoïque dont un volume de 2,5 mL doit être prélevé par les élèves.
Liquide et vapeurs inflammables : présence extincteur.
Q26 - Le prélèvement précédent peut aussi être réalisé par pesée. Calculer la masse d’anhydride correspondante.
Masse volumique anhydride éthanoïque : 1,08 g / mL
1,08 x 2,5 =2,7 g.
Q27 - Parmi les dispositifs suivants, choisir celui qui est décrit dans le protocole pour chauffer le milieu réactionnel lors de la synthèse :

Q28 - Citer deux intérêts d’un tel montage.
Accélère la réaction, la température est un facteuur cinétique.
On évite les pertes de matière, les vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le milieu réactionnel.
Q29 - Nommer le matériel à installer pour l’étape de filtration sous vide.
Büchner + pince et trompe à vide.
Q30 - Les élèves utilisent l’étuve pour faire sécher leur solide récupéré après filtration. Proposer une température adaptée de réglage de l’étuve.
Température fusion paracétamol = 169 °C. Température choisie inférieure à 169 °C. ( 100 °C par exemple)
Q31 - Nommer l’appareil représenté sur la photo ci-contre.

Ban Koffler.
Q32 - Indiquer comment étalonner cet appareil.
Allumer le banc au moins 15 minutes avant son utilisation.
Etallonage à l'aide d'un solide dont la température de fusion est connue.
Q33 - Pour la préparation par les élèves des échantillons à déposer sur la plaque CCM, le professeur a demandé à disposer de flacons compte-gouttes d’éthanol. Lister les informations à indiquer sur l’étiquette de ces petits flacons.
Liquide et vapeur inflammable ; irritation des yeux. Tenir à l'écart des sources de chaleur et port d'un équipement de protection des yeux.
. Q34 - A la fin de la séance les élèves mettent en œuvre une recristallisation du paracétamol solide synthétisé. Donner le but et le principe de cette technique expérimentale avant d’en décrire succinctement un protocole.
But : purification.
Dissoudre à chaud dans le minimum de solvant puis laisser refroidir.