Physique chimie, concours Technicien de Laboratoire 2023 ( ministère de l'économie et des finances). En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ... Exercice 1. Atomistique. 1 Associer l'élément chimique à sa famille. Fluor : halogènes. Potassium : métaux alcalins. Argon : gaz rare ( noble). Calcium : alcalino-terreux. Sélénium : chalcogènes. . Le bore 5B. 2. Quelle est sa configuration électronique ? 1s2 2s2 2p1. 3. Cet atome possède t-il des életrons non appariés ? Oui, électron 2p1. 4. Est-il paramagnétique ou diamagnétique ? Comme il possède un électron non apparié, il est paramagnétique. 5. Quel est le symbole des éléments chimiques qui appartiennent à la même période que le bore ? Li, Be, B, C, N, O, F, Ne. Etude de la molécule de borane. 6. Quels sont les électrons de valence de l'atome de bore ? Proposer un schéma de Lewis pour cette molécule. Comment appelle -t-on ce type de composés ? 2s2 2p1. Le borane est un acide de Lewis. Exercice 2. Projections.   1) Parmi les projections ci-après, laquelle ou lesquelles correspond(ent) à la molécule suivante ? Précisez la configuration absolue de l'atome de carbone portant le groupe OH.   Exercice 3. Chimie organique. Le schéma de la synthèse de l'acide 2,2-diméthylpent-4-énoïque est décrit :    On se propose de déterminer la structure de l'ester 2 ( composé 2), de formule brute C6H12O2. On donne son spectre RMN du proton et son spectre IR ( bande fine vers 1735 cm-1) 1. Quel est le nombre d'insaturation de cette molécule ? (6 x2 +2 -12) /2=1. 2) En quoi le spectre IR confirme la structure de l'ester ? Bande forte et fine vers 1735 cm-1 ( liaison C=O) 3. Montrer que la molécule comporte un groupe éthyle CH2-CH3 et un groupe isopropyle CH(CH3)2. CH2 CH3. Vers 4,1ppm, on observe un quadrulet ( intégrant pour 2 protons) ayant 3 protons sur le carbone voisin. Vers 1,2 ppm, on observe un triplet ( intégrant pour 3 protons) ayant 2 protons sur le carbone voisin. CH(CH3)2. Vers 1,1 ppm, on observe un doublet ( intégrant pour 6 protons ) ayant 1 proton sur le carbone voisin. Vers 2,5 ppm, on observe un multiplet ( intégrant pour 1 proton ) ayant 6 protons sur le carbone voisin. 4. En déduire la formule topologique de la molécule. 5. Réaction entre un organomagnésien CH3MgI avec un ester C6H5COOCH2CH3 puis hydrolyse en milieu acide. Quelle est la réaction de synthèse de l'organomagnésien ? La réaction de synthèse de l’iodure de méthylmagnésium s’effectue dans l’éther anhydre (ou éthoxyéthane anhydre). CH3I+Mg --> CH3MgI. 6. Donner le produit de la réaction sachant qu'elle nécessite l'utilisation d'au moins 2 équivalents de réactif de l'organomagnésien. C6H5CH OH CH3 7. Qu'obtient -on si un seul équivalent de réactif de l'organomagnésien est mis en jeu ? C6H5CO CH3 8. Donner le mécanisme avec deux équivalents de réactif de l'organomagnésien. 9. Préciser les conditions expérimentales. Il faut travailler en milieu anhydre, sinon l'organomagnésien est détruit par l'eau ( la réaction est vive); de plus l'éther, par ses propriétés basiques, stabilise l'organomagnésien formé. Exercice 4. Oxydo-réduction. L'eau de Javel est fabriquée par action de dichlore gazeux sur une solution d'hydroxyde de sodium. 1. Quelles sont les deux demi-équations correspondantes ? Cl2(g) +2e- = 2Cl-aq. Cl2(g) + 4HO-aq = 2ClO-aq + 2H2O +2e- . 2. En déduireune équation de la réaction avec comme seuls réactifs Cl2(g) et H2O. 2Cl2(g) + 2H2O = 2ClO-aq  +2Cl-aq +4H+aq. 3. Quelle est l'équation de la réaction entre les ions oxonium et les ions hydroxyde ? 4H+aq + 4HO-aq --> 4H2O. 4. Quelle est l'équation chimique de synthèse de l'eau de Javel ? 2Cl2(g) + 4HO-aq = 2ClO-aq + 2H2O +2Cl-aq .   Exercice 5 Chimie analytique. A chromatographie généralités. Soit le chromatogramme ci-dessous où le pic 1 correspond à un composé non retenu par la phase stationnaire et le pic 2 correspond à un composé retenu par cette phase. 1. Expliquer et calculer les grandeurs suivantes : Le temps mort tM est le temps mis par un composé non retenu par la phase stationnaire pour traverser la colonne (temps passé uniquement dans la phase mobile). tM ~3 min. Le temps de rétention tR est le temps nécessaire à un composé pour éluer de la colonne et être détecté. tR ~ 6 min. Le temps de rétention réduite du composé 2 : tR' = tR-tM. 2. Déterminer le facteur de rétention k du composé 2. k = ( tR-tM) / tM =3 / 3 = 1. Si k < 1, l'élution est trop rapide. Si k > 5, l'élution est trop lente. 3. Donner la formule pour calculer la résolution entre deux pics. R = 2(tR2-tR1) / (I2-I1). tR : temps de rétention ; I largeur à la base du pic. Si R >1,5 la séparation est complète. ... .... Chromatographie en phase gazeuse. 1. Quels sont les principaux gaz utilisés ? Quelles précautions faut-il prendre pour ne pas endommager la colonne ? Hydrogène, hélium, azote. Le gaz vecteur doit être pur, inerte (il ne doit pas réagir avec les constituants de l'échantillon à séparer) et non miscible possible avec la phase stationnaire. 2. Qu'est ce qu'une injection en mode split ? En mode splitess ? Les injecteurs peuvent fonctionner suivant deux modes, avec ou sans division (encore appelés split ou splitless). En mode split, le gaz vecteur pénètre avec un grand débit dans la chambre de vaporisation ; une vanne de fuite sépare le courant gazeux en deux parties : seule la plus petite  pénétre dans la colonne. Ce mode est utilisé dans les colonnes capillaires à faible débit. Le mode splitless est utilisé dans le cas d'échantillons très dilués. 3. Expliquer le pricipe de cette chromatographie. Un fluide appelé phase mobile parcourt un tube appelé colonne. Cette colonne peut contenir des "granulés" poreux (colonne remplie) ou être recouverte à l'intérieur d'un film mince (colonne capillaire). Dans les deux cas, la colonne est appelée phase stationnaire. A l'instant initial, le mélange à séparer est injecté à l'entrée de la colonne où il se dilue dans la phase mobile qui l'entraîne à travers la colonne. Si la phase stationnaire a été bien choisie, les constituants du mélange, appelés généralement les solutés, sont inégalement retenus lors de la traversée de la colonne.  De ce phénomène appelé rétention il résulte que les constituants du mélange injecté se déplacent tous moins vite que la phase mobile et que leurs vitesses de déplacement sont différentes. Ils sont ainsi élués de la colonne les uns après les autres et donc séparés. Un détecteur placé à la sortie de la colonne couplé à un enregistreur permet d'obtenir un tracé appelé chromatogramme. En effet, il dirige sur un enregistreur un signal constant appelé ligne de base en présence du fluide porteur seul ; au passage de chaque soluté séparé il conduit dans le temps à l'enregistrement d'un pic. Dans des conditions chromatographiques données, le "temps de rétention" (temps au bout duquel un composé est élué de la colonne et détecté), caractérise qualitativement une substance. L'amplitude de ces pics, ou encore l'aire limitée par ces pics et la prolongation de la ligne de base permet de mesurer la concentration de chaque soluté dans le mélange injecté. C'est en jouant sur la nature de l'éluant (et dans une moindre mesure sur la nature du support) que l'on parvient à séparer les constituants d'un mélange. HPLC. 1 Qu'est ce que le mode isocratique ? Quel autre mode peut être utilisé ? Mode isocratique : la composition de la phase mobile ne change pas tout au long de l'analyse. Mode gradient : la composition de la phase mobile est modifiée au cours de l'analyse. 2. Quels sont les deux grands types de phase stationnaires utilisées ? - phase normale : gel de silice polaire ; on utilise un éluant apolaire ; les produits polaires sont retenus dans la colonne, les produits apolaires sortent en premiers. - phase inverse : phase fixe apolaire ; éluant polaire ; les molécules polaires sortent en premier. 3. Citer deux types de détecteurs. Réfractomètre ; spectromètre de masse ; conductimètre. 4. Quelle est l'utilité d'un dégazeur de solvant ? Evite les risques de dégradation des échantillons ou de la phase stationnaire par oxydation. La formation de bulles de gaz au niveau du détecteur entraîne une hausse du bruit de fond. 5. Quel est l'intérêt d'utiliser la technique HPLC par rapport à la GC ? HPLC : permet d'identifier, de séparer et de doser des composés chimiques ( même à l'état de traces ) dans un mélange. Plus la taille des particules est petite, meilleure sera la résolution. 6. On réalise une injection d'une solution contenant de l'ibuprofène sur une colonne HPLC contenant une phase stationnaire de type Chiralcel OD. A quel groupe de phase stationnaire appartient ce type de colonne ? Combien de pic obtiendra t-on ? Justifier. Phase stationnaire : gel de silice greffée de molécules chirales. Polymères naturels ou synthétiques ( groupe III). La phase stationnaire est chirale, elle permet de séparer des énantiomères. L'ibuprofène possédant un atome de carbone asymétrique, on obtiendra 2 pics sur le chromatogramme : un pic pour le (S)-ibuprofène et un autre pour le (R)-ibuprofène. 7. Si on réalise l'estérification de l'ibuprofène racémique par du (R, S)-1-phényléthanol, combien de pics chromatographiques obtiendra t-on sur cette phase stationnaire chirale pour l'ester synthétisé ? L'ester comporte 2 atomes de carbone asymétriques. Donc 4 stéréoisomères ( RR, RS, SR et SS) qui seront séparés sur la phase chirale. On obtient 4 pics. Sur une phase stationnaire achirale, les énantiomères ne seront pas séparés, seuls les diastéréoisomères le seront. Donc 2 pics. Electricité. Charge d'un condensateur. E = 5 V ; R = 10 kW ; C = 100 nF. A. Etude de la charge. L'interrupteur est en position 1. 1. Quelle relation lie UBD et dUBD/dt ? E = UBD + R i ; i = dq/dt = C dUBD/dt. E = UBD + RC dUBD/dt ( 1). 2. UBD = A +B exp(-ßt) est solution de l'équation précédente. En déduire les valeurs de A, B, C. Solution générale de 0= UBD + RC dUBD/dt. UBD = B exp(-t /(RC) ; ß = 1/(RC) =1/(104 x10-7) =103 s-1. Solution particulière de (1) : UBD = A = E = 5 V. Solution générale de (1) : UBD = E +B exp(-t /(RC). A t=0; UBD=0 = E +B ; B = -E = -5 V. UBD = 5(1-  exp(-103t). 3. Qu'appelle t-on constante de temps du circuit ? Que représente t-elle ? Calculer sa valeur. La constante de temps t caractérise la rapidité d'évolution du système. t = RC = 1 /ß = 10-3 s. 4. Exprimer i(t). i(t) = C dUBD/dt =E / R exp(-ßt). i(t) = I0exp(-ßt). I0 = E / R =5 / 104 =5 10-4 A. 5. Donner l'allure des courbes uBD(t) et i(t). 6. Sous quelle forme l'énergie emmagasinée dans le condensateur est-elle dissipée ? Calculer sa valeur. Lors de la décharge cette énergie est dissipée sous forme d'énergie thermique (effet Joule) dans R. ½ CE2 =0,5 x 10-7 x52 =1,25 10-6 J.

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