Concours technicien-ne en chimie et sciences physiques, Dijon 2021.

Chimie générale. 30 points.
1 : Sachant que les densités du dichlorométhane et du mercure sont respectivement 1,33 et 13,56, quel volume de dichlorométhane présente la même masse que 25 mL de mercure ?
Masse de 25 mL de mercure : 25 x13,56 =339 g.
Volume de 339 g de dichlorométhane : 339 / 1,33 ~255 mL.

2. On souhaite déterminer la teneur en métal d’un minerai de plomb. Pour ce faire, un échantillon de minerai, de masse égale à 100 g, est attaqué, mis à sec et dissous dans de l’eau, après quoi on ajoute à la solution du sulfate de sodium (Na₂SO₄) en excès afin de faire précipiter le sulfate de plomb II. On obtient 25,46 g de précipité.
a) Écrivez la réaction de précipitation.
Pb²⁺aq + SO₄^2-aq --> PbSO₄(s).
b) Quel est le pourcentage massique de plomb dans le minerai initial ?
M(PbSO₄)=207,2 +32 +4x16 =303,2 g/mol.
n = m / M = 25,46 / 303,2 =0,084 mol.
Masse de plomb : 0,084 x 207,2 =17,4 g dans 100 g ( 17,4 %).

3. En vous aidant de la classification périodique des éléments en Annexe 1 :
a) Donnez trois ions isoélectroniques de F^- .
O^2-; N^3-; C^4- ont le même nombre délectrons que F^-.
b) Donnez les configurations électroniques complètes de l’arsenic As, du calcium Ca, du chrome Cr et du phosphore P.
₃₃As : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³.
₂₀Ca : 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶ 4s² .
₂₄Cr : 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶ 3d⁵4s¹ .
₁₅P : 1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p³ .
c) Déterminez les nombres d’oxydations (ou degré d'oxydation) des éléments dans les composés suivants :
H₂O : H (I) ; O(-II) ; HCl : H (I) ; Cl(-I) ; ClO₄^- : O(-II) ; Cl(VII) ; Cl₂O ; O(-II) ; Cl(I)
SO₃ ^2- : O(-II) ; S(IV) ; SO₂Cl₂ : Cl(-I) ; O(-II) ; S (VI) ; CrO₄ ^2- : O(-II) ; Cr(VI) ;
PH₃ H(I) ; P(-III) ; P₂H₄ H(I) ; P(-II)
4. Écrivez les équations des réactions redox à l’équilibre ayant lieu entre :
a) Les ions argent Ag⁺ (aq) et le cuivre métallique Cu(s).
2Ag⁺aq +Cus) -->2Ag(s) + Cu²⁺aq.
b) Les ions iodure I^- (aq) et les ions peroxodisulfate S₂O₈ ^2- (aq).
2I^- (aq) +S₂O₈ ^2- (aq) --> I₂aq + 2SO₄^2-aq.
c) Les ions dichromate Cr₂O₇ ^2- (aq) et les ions iodure I^- (aq) à pH = 0.
Cr₂O₇ ^2- (aq) +6I^- (aq) +14H⁺aq -->2Cr³⁺aq +3I₂aq + 7H₂O(l)
d) Les ions nitrate NO₃ ^- (aq) et le cuivre métallique Cu(s) à pH = 0.
NO₃ ^- (aq) + Cu(s) +3H⁺aq --> Cu²⁺aq + HNO₂ aq+ H₂O(l).
e) Les ions iodate IO₃ ^- (aq) et les ions iodure I^- (aq) à pH = 0.
IO₃ ^- (aq) +5 I^- (aq)+6H⁺aq -->3I₂ (aq)+3H₂O(l).

Chimie organique (30 points).
I. L’articaïne, anesthésique local utilisé en odontologie, est représentée ci-dessous.

1. Donner le nom des fonctions chimiques F1, F2 et F3.
F1 : ester ; F2 : amide ; F3 amine secondaire.
2. Donner le nombre d'atomes de carbone hybridés sp2 .
Quatre : 2 liaisons C=O et deux liaisons C=C..
3. En utilisant la théorie V.S.E.P.R prévoir la géométrie de l’atome de carbone de la fonction F2.
Triangulaire plan, type AX₃.
4. Sur la formule de l’articaïne, indiquer par un * l’atome de carbone asymétrique et indiquer sa configuration absolue.

5. Sur la formule de l’articaïne, indiquer la configuration absolue des deux doubles liaisons C=C.

II : 1. A quelle catégorie de réactifs appartiennent les réactifs suivants : électrophile, nucléophile, acide, oxydant…
CH₃COCH₃ : 2 doublets non liants sur l'atome d'oxygène, donc nucléophile.
EtNH₂: un doublet non liants sur l'atome d'azote, donc nucléophile.
H₃PO₄ : acide.
NaBH₄ : réducteur.
MeONa : base forte
KMnO₄ : oxydant.

2. A quelle classe de réactions appartiennent les transformations suivantes :

3. En s’appuyant sur les notions de pKa, identifier les produits éventuellement formés dans chacune des réactions suivantes ?
CH₃COOH + CH₃COONa ( acide faible et sa base conjuguée, pas de réaction ).
CH₃COONa +CH₃(CH₂)₂ CH₃.
CH₃CH₂MgBr + H₂O -->CH₃CH₃ + ½Mg(OH)₂ + ½MgBr₂.
CH₃CH₂CH₂CH₂Li + CH₃CH₂OH --> CH₃CH₂O^- +Li⁺ +CH₃CH₂CH₂CH₃ 4. 1. Qu’est-ce qu’un hydrocarbure ? Donner deux exemples d’hydrocarbures
Un hydrocarbure est composé uniquement de carbone et d'hydrogène.
CH₄ ; C₆H₆.
2. Donner la définition d’une molécule chirale.
Une molécule chirale n'est pas superposable à son image dans un miroir.
3. Donner la définition d’un acide de Brönsted / d’un acide de Lewis
Un acide de Brônsted est susceptible de céder un proton H⁺.
Un acide de Lewis possède une lacune électronique. Il est susceptible d'accepter un doublet d'électrons.
4. Donner les conditions nécessaires pour qu’un composé organique soit aromatique.
Monocylclique plan possédant 4 n+2 électrons délocalisables.

III. Préparation du 1,4-dichlorométhoxybenzène 30 points.

1. Traduire le mode opératoire.
2. Identifier les 3 étapes de la synthèse : « réaction », « isolement » et « purification ».
Réaction. Dans un ballon bicol refroidit dans un bain de glace, on introduit 250 mL H₂SO₄ 8 M et 16 g de 2-chlorométhoxybenzène sous agitation. On ajoute goutte à goutte 14,5 g de Nchloromorpholine. On retire le bain de refroidissement et l'agitation est poursuivie pendant une heure.
Isolement. Le mélange réactionnel est versé dans un mélange de 150 mL d'eau distillée et 100 g de glace pillée dans un ballon de 1 L. Les produits sont extraits avec une portion de 100 mL suivie de 4 portions de 50 mL d'éther éthylique. Les extraits éthérés sont lavés avec 100 mL d'eau et séchés sur MgSO₄ anhydre et concentré à l'évaporateur rotatif.
Purification. Le concentré ( 17,1 g) est distillé sous pression réduite pour donner 15,2 g de 2,4-dichlorométhoxybenzène, poinr d'ébullition 110 °C.
3. Calculer le nombre de moles des réactifs et des produits de la réaction. Quel est le réactif limitant ?
2-chlorométhoxybenzène : C₇ H₇OCl: M =142,5 g / mol ; n = 16 / 142,5 =0,112 mol.
Nchloromorpholine : C₄H₈ONCl ; M =121,5 g / mol ; n =14,5 /121,5=0,119 mol ( en excès)
Produit : C₇H₆OCl₂ ; M = 177 g / mol ; n_théorique =0,112 mol ou 19,8 g.
4. Calculer les rendements en produit brut et en produit pur de la réaction ainsi que le rendement de la distillation.
Produit brut : 17,1 / 19,8=0,86.
Produit pur : 15,2 / 19,8 =0,77.
5. Pourquoi la distillation est-elle effectuée sous pression réduite ?
La température d'ébullition sous 1 bar est trop élevée (236 °C).
6. Calculer le nombre de moles de H₂SO₄ placé dans le ballon.
0,25 x8 =2 mol.
7. Pourquoi faut-il verser avec précaution le mélange réactionnel dans le mélange eau-glace ?
Pour éviter les projections d'acide sulfurique.