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Concours Régional des Olympiades de la chimie 2005 - Région Aquitaine Nord - CORRECTION( barème sur 126 points )
I] Quelles sont les deux matières premières pour fabriquer un ciment ? 2 points calcaire + argile(ou silice) II] Après chauffage des matières premières broyées, on obtient le « clinker ».La température doit être de l’ordre de 500°C 1500°C 2500°C 1 point 1500°C III] On ajoute au ciment du gypse pour réguler sa prise. Quelle est la formule du gypse ? 1 point CaSO4 IV] Quels sont les trois principaux éléments chimiques qui constituent un ciment ? 3 points Ca , Si et O
I] Comment se nomme le minerai dont on tire l’alumine, oxyde d’aluminium Al2O3 ? 1 point la bauxite II] Comment obtient-on industriellement l’aluminium à partir de l’alumine ? 2 points par électrolyse de l’alumine fondue III] EXERCICE : AFFINAGE INDUSTRIEL DU CUIVREAfin d’obtenir du cuivre pur, on réalise l’électrolyse d’une solution de sulfate de cuivre avec deux électrodes en cuivre. L’anode est une plaque de cuivre impur de masse m = 300 kg et de 1,50 m2 de surface totale ;Les impuretés sont essentiellement constituées des métaux fer, cobalt et nickel. Le bain d’électrolyse est une solution à 100 g.L-1 de sulfate de cuivre, acidifiée par de l’acide sulfurique. Le courant d’électrolyse est de 15,0 kA ; la tension aux bornes de l’électrolyseur est de 0,6 V ; la durée de l’électrolyse est de 12 heures. La solution en fin d’électrolyse contient les cations H3O+, Cu2+, Ni2+ et Fe2+. DONNEES ; masses molaires en g.mol-1 : M(Cu) = 63,5 M(CuSO4) = 159,61 Faraday = 96 500 C
2 points ANODE : Cu = Cu2+ + 2 e CATHODE : Cu2+ + 2 e = Cu
1 point 0,626 mol/L
3 points Oxydations : Fe = Fe2+ + 2 e Co = Co2+ + 2 e Ni = Ni2+ + 2 e La concentration en ions Cu2+ du bain varie-t-elle au cours de l’électrolyse ? Justifier la réponse. 2 points La concentration de Cu2+ diminue, car une seule réaction a lieu à la cathode alors que plusieurs réactions se produisent en même temps à l’anode.
4 points Q = I x t = 15000 x 12 x 3600 = 6,48 . 108 C Q = n x F donc n = 6715 mol N (Cu) = 3357 mol M(Cu ) = 213 kg
2 points W = U x I x t = U x Q = 3,89 . 108 J IV] Comment se nomme le four où l’on réalise la réduction du minerai de fer pour obtenir de la fonte ? 1 point haut-fourneau V] Comment nomme-t-on le liquide qui surnage au-dessus de la fonte au bas du four ? En citer une application industrielle. 1 point le laitier utilisé en cimenterie VI] Quelle différence dans leur composition y a-t-il entre une fonte et un acier ? 1 point acier : % en carbone inférieur VII] EXERCICE : NICKELAGE
2 points électrode n° 1 : électrode n°2 : 
Données : charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C masse atomique molaire du nickel : M = 58,7 g.mol-1 nombre d’Avogadro : N = 6,02.1023 mol-1 4 points q= I x t = 9000C nb d’électrons ayant circulé = q/e = 6.63.1022 nb de mol d’électrons ayant circulé = 6,63.1022 /N = 0.093 mol = n nb de mol de Ni déposé = n/2 masse de Ni = M x n/2 = 2,74 g VIII] EXERCICE : COMPOSITION MASSIQUE D’UN ALLIAGE
 Dans un bécher on verse Vs =10 mL de la solution à doser, de l’eau et on chauffe. On ajoute ensuite 20 mL de solution alcoolique de diméthylglyoxime à 10 g.L-1. On laisse le précipité se former et le milieu refroidir puis on lave le précipité sur un filtre en verre fritté préalablement taré de masse m1 = 33,8254 g .On place ensuite le filtre avec le précipité à l’étuve et on pèse le filtre refroidi, sa masse est alors m2 = 33,8746 g. Données : Masse molaire atomique du nickel : MNi = 58,7 g.mol-1 Masse molaire de la diméthylglyoxime = Md = 116,1 g.mol-1 Masse molaire du précipité : M = 288,91 g.mol-1 1a) Avec quoi prélève-t-on les 10 mL de solution S ? Justifier. 1 point 1b) Avec quoi prélève-t-on les 20 mL de solution de diméthylglyoxime ? Justifier. 1 point 1c) Quelle est la masse de précipité obtenue ? 1 point mp = m2 – m1 = 0,0492 1d) Quelle quantité de matière de nickel contient-il ? 1 point n de Ni = n précipité = mp/M = 0,170.10-3 mol contenu dans Vs 1e) Calculer la concentration molaire de S en nickel CNi. 1 point n *Vf/Vs = 0.0170. mol dans Vf soit CNi = 0,0170 mol/L 1f) Montrer que le nickel était bien le réactif en défaut pour cette réaction de précipitation. 2 points nombre de mole de DMG introduite = (10/116,1)*0.020 = 1,72.10-3 mol >> n de Ni Ni est bien en défaut .On a introduit la DMG en large excés pour être sûr de précipiter et donc doser tout le nickel. 1g) Quelle masse de nickel était contenue dans l’échantillon d’alliage attaqué ? 1 point mNi = 0,0170 x MNi = 1,00 g 1h) Quel est le pourcentage en masse de nickel dans l’alliage ? 1 point % Ni = mNi /m = ½,5245 = 39,6 %
Ve = 14,75 mL. Données : Masse molaire atomique du zinc = 65,4 g.mol-1 2a) Ecrire l’équation de réaction de dosage des ions Zn 2+ par H2Y2-. 1 point Zn 2+ par H2Y2- = ZnY2- + 2H+ 2b) Ecrire l’équation de réaction de dosage des ions Ni 2+ par H2Y2-. 1 point Ni 2+ par H2Y2- = NiY2- + 2H+ 2c) Ecrire la relation entre les quantité de matière n(Ni) , n(Zn) et n( H2Y2-).à l’équivalence. 1 point nNi + nZn = n H2Y2-. 2d) Ecrire la relation entre la concentration CZn dans S , CNi dans S , Ce , Vs’ et Ve. 1 point (CZn + CNi ) Vs’ = Ce Ve. donc Czn = (CeVe/Vs’) - CNi 2e) Application numérique : déterminer la concentration en zinc dans S 1 point Czn = (0,0500 *14,75/20) -0,0170 =0,0199 mol/L 2f) En déduire le pourcentage massique de Zn dans l’alliage. 1 point mZn = CZn MZn = 1,30 g donc % de Zn = 1,30/2,5245 = 51,5 %
I] TP Phénol- Formol
2 points Réactifs : Phénol - formol ; Application : isolant thermique ou électrique
2 points C’est une réaction dans laquelle le même composé chimique est à la fois oxydant et réducteur. Ex : diiode iodure + iodate 3) Qu’appelle-t-on un dosage en retour ? Quel est le rôle du thiosulfate de potassium dans le dosage du formol ? 2 points C’est un dosage en deux étapes :
Le thiosulfate permet de doser le diiode provenant des ions iodates qui n’ont pas réagi. 4) Quel est le rôle de l’empois d’amidon dans le dosage du diode ? Quelle couleur observe-t-on ? 2 points L’empois d’amidon indique la présence de diiode dans le milieu réactionnel Il donne avec le diiode une couleur violet foncé  5) Quelle est la signification de ce pictogramme ? Quelles précautions doit-on prendre ? 2 points Ce pictogramme signale les produits corrosifs Il faut utiliser des lunettes, des gants et une blouse 6) Quel élément de verrerie doit-on utiliser pour prélever avec précision 20 mL de solution ? 1 point On utilise une pipette jaugée et une propipette 7) Quelle est le formule chimique du formol ? Identifier sa fonction et donner son nom systématique. 3 points Nom : CH2=O Fonction : aldéhyde Nom systématique : méthanal
3 points ( 2 Br - Br2 + 2 e- ) x5 ( BrO3- + 6 H+ + 5 e- Br2 + 3 H2O ) x2  10 Br - + 2 BrO3- + 12 H+ 6 Br2 + 6 H2O 5 Br - + BrO3- + 6 H+ 3 Br2 + 3 H2O II] EXERCICE : Polymère obtenu par polyaddition La composition centésimale massique d’un polymère obtenu par polyaddition est : a = 73,2 % de chlore, b = 24,8 % de carbone et c = 2% d’hydrogène. La masse molaire moyenne du polymère est M = 121103g.mol-1 et un degré de polymérisation moyen n = 1250. On donne les masses atomiques suivante : H : 1 ;C : 12 ; Cl : 35,5
3 points masse molaire du monomère = M/n = 96,8 g/mol formule CxHyClz x= a 96,8/12 =2 y = 96,8*0,02/1 =2 z=96,8*0,732/35,5=2 soit C2H2Cl2
3 points (E)-1,2-dichloroéthylène  (Z)-1,2-dichloroéthylène  1,1-dichloroéthylène 
4 points initiation : formation de radicaux libres : ROOR 2 RO° propagation : RO° + CH2= CCl2 ROCH2-CH2° ROCH2-CH2° + CH2= CCl2 ROCH2-CH2-CH2-CH2° etc terminaison : R° + R’° RR’ III] Réticulation
1a) Expliquer le terme « réticulé » 2 points Formation d’un polymère 3D par raccordement des chaînes de polymères 1b) Donner les formules développées des deux monomères utilisés. 2 points o=c(NH2)2 et HCOH développées 1c) Les résines urée-formol sont entre autres responsables de la présence dans l’air des habitations de COV en petites quantités. L’OMS recommande les teneurs en ces polluants à ne pas dépasser par unité de volume d’air. Expliciter les sigles : 2 points COV : Composé Organique Volatil OMS : Organisation Mondiale de la Santé 2) Dans les conditions ambiantes, les corps ci-dessous sont à l’état liquide dans les conditions ambiantes. Entourer ceux qui présentent une association intermoléculaire par liaison hydrogène : 2 points - Cyclohexane - Acide fluorhydrique - Diéthyléther ( CH3-CH2-O-CH2-CH3 ) - Méthanol 3) Un polymère réticulé est déformable lorsqu’il est lentement étiré. L’échantillon se casse en deux lorsqu’on le sollicite brusquement. Les deux morceaux obtenus se recollent facilement. Quel type de liaisons l’agent réticulant crée-t-il entre les chaînes de polymère ? 2 points Liaisons physiques : liaisons hydrogène 4)Quel est le nombre minimal de groupes fonctionnels dans l’unité monomère permettant de donner naissance à un réseau réticulé en trois dimensions ? 1 point 3
facilement. 1 point Impossible de le déformer ou de le faire fondre en chauffant IV] Culture générale 1)Associer à chaque personnage le domaine qui le concerne.
1-d,2-f,3-e,4-a,5-b,6-c 6 points
polymère. 3 points Plastifiant , colorant , ignifugeant … 3) Représenter le styrène et le polystyrène. 2 points
incassables. 1 point Polyméthacrylate de méthyle ( PMMA ) 5) En quelle année fut mise au point la synthèse du nylon 6,6 ? 1 point 1882 1919 1939 1972 6) Donner un exemple de matériau alliant matière plastique et matériau traditionnel. 1 point Fibres de verres noyées dans résine polyester
I] Préparation du sel de diazonium
2 points  2) Quelle condition doit-on respecter lors de la préparation du sel de diazonium ? 1 point On ne doit pas dépasser la température de 10 ° C 3) Entourer la formule correcte du nitrite de sodium : NaHNO2 NaNO2 NaNO3 NaHNO3 NaNO2 1 point II] Préparation de la solution basique de β-naphtol. 1) A quelle famille de composés organiques appartient le β-naphtol ? 1 point Famille des alcools 2) Pourquoi ne place-t-on pas un réfrigérant au dessus du bicol ? 2 points Formation de vapeur d’eau : il n’est pas nécessaire de condenser ces vapeurs. III] Préparation du rouge para 1. Quels sont les réactifs qui permettent d’obtenir le rouge para ? 2 points sel de diazonium et paranitroaniline paranitroaniline et β-naphtol sel de diazonium et β-naphtol nitrite de sodium et β-naphtol sel de diazonium et β-naphtol 2) Pourquoi le rouge para est une substance colorée ? 2 points Molécule qui possède un grand nombre d’électrons délocalisés et absorbe dans le visible. 3) Quelle technique pourrait-on utiliser pour purifier le produit obtenu ? 1 point on peut réaliser une recristallisation IV] Point de fusion du rouge para. 1) Avec quel appareil peut-on obtenir le point de fusion du rouge para ? 1 point Banc köfler 2) Décrire le fonctionnement de cet appareil. 2 points Plaque chauffante dont la température croît de 50 à 250 ° C V] Spectre d’absorption 1) Quelle est la radiation absorbée par le rouge para ? 580 nm 480 nm 380 nm 680 nm 480 nm 1 point 2) Le E131 est un colorant utilisé dans les boissons. Il absorbe dans l’orangé. Quelle est la couleur de ce colorant ? vert bleu violet bleu 1 point 3) Loi de Beer-Lambert : A = εlc 3a) Quelle est l’unité de ε ? 1 point L.mol-1.cm-1 3b) Que représente A ? 1 point Absorbance 3c) De quelle(s) grandeur(s) dépend ε ? 1 point de la longueur d’onde 4)Pourquoi faut-il faire un spectre sans échantillon (autozéro) avant de faire celui de l’échantillon étudié ? 1 point cela permet d’avoir comme référence le solvant utilisé. VI] Les colorants textiles 1) Quel est l’effet d’un chromophore dans une molécule colorée ? 1 point Le chromophore a une influence sur la couleur du colorant. 2) Quel est le tissu qui a le plus d’affinité avec le rouge-para ? 1 point le coton 3) Quelle est la différence entre un colorant dispersé et un colorant développé ? 2 points colorant développé : colorant synthétisé dans les fibres colorant dispersé : colorant utilisé en suspension - FIN - |
