Aurélie 27/04/06

d'après concours kiné Rennes ( chimie) 2006

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Données : R= 8,31 SI ; H : 1 ; O : 16 ; C : 12 ; K= 39,1 ; Mn : 54,9 g/mol

En plongée ( 2 pts).

Un plongeur laisse échapper une bulle sphérique d'air de 1,0 cm de rayon à 20 m de profondeur où la température est de 8°C. On rappelle que la pression augmente de 105 Pa chaque fois que l'on descend de 10 m d'eau et que la pression à la surface est de 105 Pa.

  1. Quelle est la quantité de matière de gaz contenue dans cette bulle ?
  2. Quel est le rayon moyen de la bulle à la surface, l'eau étant à cet endroit à 13°C ?
corrigé
l'air est assimilé à un gaz parfait : PV=nRT

avec P= 3 105 Pa au fond ; T= 273+8 = 281 K ; V= 4/3 pr3 = 4/3*3,14 10-6 = 4,19 10-6 m3.

n = PV/(RT) = 3 105*4,19 10-6 / (8,31*281) = 5,4 10-4 mol.

en surface : P= 105 Pa ; T= 273+13 = 286 K

V=nRT/P =5,4 10-4*8,31*286 / 105 =1,28 10-5 m3.

r3 =V*3/(4p) =1,28 10-5*3/(4*3,14) =3,06 10-6 m3 ; r =0,0145 m : 1,45 cm ( 1,5 cm)




Manganimétrie (3 pts) 
  1. On prépare 100,0 mL de solution de permanganate de potassium (K+, MnO4-) en dissolvant 0,70 g de solide dans l'eau. Décrire le protocole opératoire en précisant le matériel utilisé.
  2. On prélève 20 mL de cette solution que l'on ajoute à 20 mL d'une solution de sulfate de fer II acidifiée de concentration c2 = 8,0 10-2 mol/L. La réaction produit des ions Fe3+ et Mn2+. Ecrire l'équation bilan de la réaction.
    - Quelle est la concentration finale des ions fer III dans le mélange ?
corrigé
balance de précision ( au centième); capsule de pesée, spatule.

Dissoudre le solide dans un peu d'eau distillée( becher ou erlenmeyer) ; placer dans la fiole jaugée de 100 mL ; rincer le becher ; compléter la fiole jaugée jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée.

MnO4- + 8 H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O réduction

5 Fe2+ = 5Fe3+ + 5e- oxydation

MnO4- + 8 H+ +5 Fe2+ = 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

n(MnO4- ) = m/M = 0,7/(39,1+54,9+64) = 4,43 10-3 mol dans 100 mL soit 8,86 10-4 mol dans 20 mL.

n(Fe2+) = 0,02 c2 = 1,6,0 10-3 mol.


Fe2+
MnO4-
coef. équation bilan
5
1
quantité de matière
n(Fe2+)
n(MnO4-)
d'où pour un mélange stoechiométrique : n(Fe2+) = 5 n(MnO4-)

à partir de 8,86 10-4 mol d'ion permanganate il faudrait : 5 *8,86 10-4 =4,4 10-3 mol d'ion fer II.

Or il n'y en a que 1,6,0 10-3 mol donc les ions fer II sont en défaut.

il se forme 1,6,0 10-3 mol d'ion Fe3+ contenu dans 40 mL= 0,04 L.

[Fe3+]= 1,6,0 10-3 /0,04 = 0,040 mol/L.



analyse par dosage ( 3 pts)

Un composé organique A posséde une seule fonction acide et ne contient que les éléments C, H et O. Sa chaîne carbonée est saturée. Le dosage de 10,0 mL d'une solution aqueuse de A, de concentration massique 8,4 g/L nécessite 14,0 mL d'une solution de soude à 0,100 mol/L.

  1. Déterminer la formule semi-développée de A.
corrigé
AH + HO- = A- + H2O

à l'équivalence n(A) = n(HO-)ajouté = 14 10-3 *0,1 = 1,4 10-3 mol

de plus n(A) = m/M avec m = 8,4 10-2 g et M masse molaire de A.

d'où : 8,4 10-2 /M= 1,4 10-3 soit : M= 8,4 10-2 /1,4 10-3 = 60 g/mol

formule brute de A : CnH2nO2 ; M= 14n+32 = 60 soit n = 2 ; CH3-COOH acide éthanoïque.

acide fluorhydrique ( 2 pts)
  1. Dans une fiole jaugée de 100 mL, on introduit 0,01 mol d'acide HF. Après avoir rajouté le volume d'eau nécessaire, on obtient une solution S1.
    pKa ( HF/F-)= 3,2.
    - Ecrire l'équation de la réaction , dresser un tableau d'avancement et calculer le pH de la solution.
  2. On ajoute de la soude à cette solution S1 jusqu'à obtenir un pH de 4,7. On prélève trois échantillons de la solution obtenue. Dans le premier échantillon on ajoute quelques gouttes de rouge de chlorophénol, dans le second on ajoute quelques gouttes de vert de bromocrésol, dans le troisième quelques gouttes d'hélianthine. Quelle est la couleur de chaque échantillon ?
    indicateur
    forme acide
    zone de virage
    forme basique
    rouge de chlorophénol
    jaune
    5,2 - 6,8
    rouge
    vert de bromocrésol
    jaune
    3,8 - 5,4
    bleu
    hélianthine
    rouge
    3,2 - 4,4
    jaune
corrigé
HF + H2O = H3O+ + F-. Ka =[H3O+][ F-]/[HF]


avancement (mol)
HF
+ H2O
= H3O+
+ F-
initial
0
0,01
solvant

large excès
0
0
en cours
x
0,01-x
x
x
fin
xfin
0,01-xfin
xfin
xfin
Ka = (xfin/V)²/ ( (0,01-xfin)/V) = xfin ²/((0,01-xfin)V) ; Ka V(0,01-xfin) = xfin ²

10-3,2*0,1(0,01-xfin) - xfin ² = 0 ; 6,3 10-5(0,01-xfin) - xfin ² = 0 ; 6,3 10-7- 6,3 10-5xfin - xfin ² = 0

la résolution donne : xfin =7,63 10-4 mol ; [H3O+] = xfin/V= 7,63 10-4 /0,1 = 7,63 10-3 mol/L ; pH= 2,12.

premier échantillon : jaune ( forme acide du rouge de chlorophénol majoritaire à pH=4,7 )

second : vert ( pH=4,7 est dans la zone de virage du vert de bromocrésol)

3ème : jaune ( forme basique de l'hélianthine majoritaire à pH=4,7 )

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