Corrige DTMS 2002

SCIENCES APPLIQUEES CORRIGE de CHIMIE 2002
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Exercice 1 4 points sur 40
a) 1 point Un atome de chlore est noté :
|35 | |
| |Cl |
|17 | |
Déduisez sa structure électronique. ( Structure électronique : (K)2
(L)8 (M)7
17 électrons (charge - )
17 protons (charge + )
35 - 17 = 18 neutrons (pas de charge)
Les 17 électrons se répartissent sur 3 couches électroniques gravitant
autour du noyau :
Première couche : K saturée avec 2 électrons
Seconde couche : L saturée avec 8 électrons
Troisième couche : M non saturée avec 7 électrons : il en manque 1 b) 2 points Dans quelle ligne et dans quelle colonne de la
classification périodique des éléments se situe cet atome ? Justifiez votre
réponse. C'est le 17ème atome de la classification ; il est dans la 3ème ligne
correspondant à la couche M.
Liste des couches en partant du noyau : K - L - M - N - O - P - Q ;
c'est donc le nom des lignes de la classification en partant du haut !
Le chlore est situé dans l'avant dernière colonne (la n° VII pour les
éléments principaux et la n° 17 pour toute la classification) de la
classification périodique car il lui manque un électron pour saturer sa
dernière couche (règle de l'octet) comme pour tous les atomes de la famille
des Halogènes.
. Cl c) 1 point Quelle est la structure du noyau
|35 | |
| |Cl |
|17 | |
Le noyau de chlore 35 contient 35 nucléons :
17 protons et
18 neutrons et celle du noyau ?
|37 | |
| |Cl |
|17 | |
Le noyau du chlore 37 contient 37 nucléons :
17 protons
20 neutrons Comment appelle-t-on ces deux atomes de l'élément chlore ?
Ces 2 atomes sont des isotopes du chlore.
Exercice 2 4 points Le méthanol.
a) 1 point Les éléments hydrogène, carbone et oxygène ont pour
numéros atomiques respectifs : 1 - 6 et 8.
Représenter la structure électronique des 3 atomes sous la forme du
modèle de Lewis ou de Bohr. Le modèle de Lewis (seul au programme)
· ·
H · C · O
· · ·
1 électron 6 électrons 8 électrons
2 + 4 2 + 6
hydrogène carbone oxygène Le modèle de Bohr consiste à représenter le noyau avec toutes les
couches électroniques en cercles concentriques : [pic]
b) 1 point Combien d'électrons leur manque-t-il pour obtenir une
structure stable ?
Pour devenir stable, la couche électronique externe doit être
saturée, soit 2 électrons pour la couche K et 8 électrons pour la couche L.
Il manque 1 électron à l'hydrogène pour obtenir une structure stable.
Il manque 4 électrons au carbone pour obtenir une structure stable.
Il manque 2 électrons à l'oxygène pour obtenir une structure stable. c) 1 point Combien de liaisons covalentes doivent-ils établir pour
obtenir cette structure ?
Nombre de liaison covalente : pour H 1 liaison covalente
C 4 liaisons covalentes
O 2 liaisons covalentes
d) 1 point Ecrire la formule développée du méthanol, de formule
brute CH3OH. Formule développée du méthanol
H
H C O H
H
Exercice 3 5 points On trouve dans le commerce des solutions
concentrées d'acide chlorhydrique. L'étiquette d'un flacon commercial porte les indications suivantes :
densité (par rapport à l'eau) : 1,18 voir la fiche
densité - masse volumique
35 % d'acide pur HCl (pourcentage en masse) a) 2 points Calculer la masse d'acide pur HCl continu dans la solution
commerciale.
La densité d = 1,18 ( (cela signifie) 1180g par L
35 % d'acide pur HCl % en masse
Masse d'acide pur contenu dans 1 L de solution commerciale : 1180(0,35
= 413 g d'HCl par L b) 1 point Déterminez le nombre « n » de moles d'acide pur HCl
Calcul de la masse molaire d'HCl = 1+35,5 = 36,6 g·mol-1
Soit n = concentration massique du produit / masse molaire
=> 413 / 36,6 = 11,315 moles d'HCl par L
Nombre de moles d'acide pur HCl contenues dans 1 L de solution
commerciale = 11,315 moles
c) 1 point Déterminer la concentration en mol/L d'acide pur HCl.
Concentration en acide : [HCl] = 11,315 mol·L-1 soit 11,32 mol·L-1
d) 1 point On veut préparer 500 mL d'une solution à 1 mol/L d'acide
chlorhydrique par dilution d'un volume V d'acide commercial.
Déterminez V.
Calcul de V, volume d'acide commercial nécessaire à l'obtention d'un demi
litre de solution à 1 mol/L Il faut donc 0,5 mole d'HCl dans 500 mL de solution Formules : c = n / v c1v1 = c2v2
Solution 1 = solution mère ou solution initiale :
c1 = 11,315 mol / L
v1= V en mL Solution 2 = solution fille ou solution finale
c2 = 1 mol / L
v2= 500 mL
v1 = c2v2 / c1
donc V = 1 x 500 / 11,315 = 44,189 mL soit 44,2 mL Données : M(Cl) = 35,5 g/mol Volume de la solution commerciale :
1 L
M(H) = 1 g/mol Masse de la solution commerciale
1,18 kg Remarques :
Le calcul de la masse molaire d'HCl est en question cachée
La question d) est indépendante et la formule est donnée : c1v1 = c2v2
Exercice 4 5 points Les alcanes
Un gisement de gaz renferme 80 % de méthane, 10 % d'éthane, 2% de propane
et 8% de butane (composition volumique centésimale).
a) 2,5 points Ecrivez les formules brutes et semi-développées de
chacun des constituants de ce gaz. On précisera les isomères du butane.
méthane CH4
éthane CH3 - CH3
propane CH3 - CH2 - CH3
butane CH3 - CH2 - CH2 - CH3 CH3 Isomère de butane CH3 - CH CH3
2-méthyl-propane
b) 2 points Calculez le volume occupé par chacun des constituants
dans le cas de 100 L de mélange.
100 L de mélange contient :
80 L de méthane
10 L de éthane
2 L de propane
8 L de butane c) 0,5 point Calculez le nombre de moles de méthane dans le mélange.
On donne :
V = 24 L/mol dans les
conditions expérimentales.
M(C) = 12 g/mol ; M(H) = 1
g/mol
Le nombre de moles est obtenu en divisant le volume occupé par le gaz
par le volume molaire à la même température.
80 / 24 = 3,33 moles de méthane dans 80 L Exercice 5 5 points Teinture d'un tissu
On désire teindre en jaune un morceau de laine à l'aide d'une teinture
naturelle de trèfle rouge (le diaidzéol) On prépare tout d'abord une solution contenant 0,2 g de chlorure d'étain,
de formule brute [Sn(Cl)2,2(H2O)] dissous dans 100 mL d'eau.
On plonge ensuite la laine dans la solution précédente et on chauffe
jusqu'à ébullition (*). On fait ensuite tremper le morceau de laine dans la
teinture obtenue par macération du trèfle rouge. a) 1 point Expliquez le rôle du chlorure d'étain.
b)
Le chlorure d'étain est un réducteur utilisé comme mordant de la laine
avant la teinture.
b) 1 point Calculez la masse molaire du chlorure d'étain.
On donne M(Sn) = 118,7 g/mol ; M(H) = 1 g/mol ; M(Cl) = 35,5 g/mol ;
M(O) = 16 g/mol
Masse molaire du chlorure d'étain : 118,7 + (2(35,5) + 2(18 =
225,7 g/mol-1
c) 1 point Calculez la concentration molaire de cette solution (le
résultat sera arrondi à 10-5).
d)
Calcul de la concentration massique : [Sn(Cl2)2, 2(H2O)] = m / V = 0,2
/ 0,1 = 2 g·L-1 car V= 100 mL = 0,1 L
Calcul de la concentration molaire : [Sn(Cl2)2, 2(H2O)] = 2 / 225,7
= 8,86·10-3 ( 9·10-3mol·L-1 La concentration molaire de cette solution est de 0,00886 mol·L-1 à 10 -5
près. d) 1 point Déterminez la formule brute du diaidzéol.
[pic] La formule brute du diaidzéol est C15O4H10 : il faut compter les
atomes dans la formule !
e) 1 point Calculez la masse molaire du diaidzéol, responsable de la
teinture obtenue.
On donne M(Sn) = 118,7 g/mol ; M(H) = 1 g/mol ; M(Cl) = 35,5
g/mol ; M(O) = 16 g/mol
La masse molaire du diaidzéol est : (15(12) + (4(16) + 10 = 254 g·mol-
1
(*) La laine cuite par ébullition ne s'effiloche plus. Elle se coupe et se
traite comme un tissu non fibreux : nouvelle technologie ! voir les cours
sur l'ennoblissement des tissus ! Exercice 6 4 points
Le sucre contenu dans le Coca-ColaR est du saccharose dont la formule
est C12H22O11.
Sachant que la masse moyenne d'un morceau de sucre est de 5,5 g et que
la concentration en saccharose dans le Coca-ColaR est de 0,25 mol/L,
calculez le nombre de morceaux de sucre que vous ingérez lorsque vous buvez
50 cL de cette boisson. On donne : O = 16 g/mol H = 1 g/mol C = 12 g/mol La concentration molaire en saccharose est : [C12H22O11] = 0,25 mol·L-
1
La masse molaire du saccharose est : (12(12) + 22 + (11(16) = 342
g·mol-1
50 cl de cola contient 50 / 100 ( 0,25 ( 342 = 42,75 g de sac