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Révisions de chimie Page 1 sur 19 Révisions de chimie Atomistique : CCP MP 2015

Révisions de chimie Page 1 sur 19 Révisions de chimie Atomistique : CCP MP 2015 Partie I.A. Autour de l’élément chrome Données : — numéro atomique du molybdène Mo : Z = 42, — M (12C) = 12,0 g.mol−1, — nombre d’Avogadro NA = 6, 02.1023 mol−1. I.1 Rappeler les règles quantiques usuelles pour établir une configuration électronique d’un atome dans son état fondamental. I.2 Le chrome Cr se situe juste au-dessus du molybdène Mo dans la classification périodique des éléments. Déduire, en suivant les règles quantiques précédentes, la configuration électronique de l’atome dans son état fondamental et son numéro atomique Z. A quelle ligne et à quelle colonne de la classification périodique des éléments appartient le chrome ? I.3 En réalité, la configuration électronique du chrome dans son état fondamental fait exception à l’une des règles de remplissage et se termine par ns1(n − 1)d5. Justifier simplement ce comportement particulier. Le chrome existe sous plusieurs formes isotopiques dont les plus abondantes sont données dans le tableau ci-dessous : Isotope 50Cr 52Cr 53Cr 54Cr Abondance naturelle (%) 4,35 83,79 9,50 2,36 Masse atomique (u.m.a) 49,946 51,941 52,941 53,939 I.4 Définir le mot isotope. Donner la composition du noyau atomique de chacun des isotopes cités. I.5 Calculer la masse atomique du chrome à l’état naturel. En déduire la valeur de la masse molaire atomique du chrome naturel en u.m.a sachant que l’unité de masse atomique (u.m.a) représente 1/12 de la masse d’un atome de carbone 12 6C. Cristallographie : CCP PSI 2013 L'ALUMINIUM De par ses propriétés physiques et chimiques, l’élément aluminium est un composé très présent dans notre environnement moderne. Nous nous proposons ici d’étudier ses propriétés intrinsèques et d’en voir quelques applications. A) Etude cristallographique de l’aluminium : L’aluminium comme de nombreux métaux cristallise suivant la structure cubique à face centrée. Révisions de chimie Page 2 sur 19 1) Représenter l’allure d’une maille élémentaire. 2) Comment s’effectue le contact entre les atomes ? En déduire la relation entre le paramètre de maille a et le rayon atomique RAl. 3) Combien y a-t-il d’atomes par maille ? 4) Définir la compacité C puis l’évaluer numériquement. 5) Soient M la masse molaire de l’aluminium, RAl son rayon atomique, Na le nombre d’Avogadro et ρAl la masse volumique de l’aluminium, déterminer la relation entre M, Ral, Na et ρAl. Application numérique : évaluer la densité dAl de l’aluminium. Données pour la partie chimie : Masse molaire de l’aluminium : M = 27 g.mol-1. Rayon atomique de l’aluminium : RAl = 143 pm. Cinétique chimique : Concours mines-ponts PSI 2010 On s’intéresse à présent à la cinétique de la réaction de réduction de Hg2+ par Fe2+ : 2Fe2++2Hg2+ = Hg2 2++2Fe3+ On supposera que la loi de vitesse suit la forme v=k[Fe2+]p[Hg2+]q On suit la réaction par spectrophotométrie avec différentes concentrations initiales [Fe2+]0 et [Hg2+]0 , on obtient les résultats suivants (le temps est mesuré en unités arbitraires u.a. non précisées) : Expérience n°1 : [Fe2+]0 = 0,1 mol.L-1, [Hg2+]0 = 0,1 mol.L-1 t(u.a.) 0 1 2 3 ∞ [Hg2+]/[Hg2+]0 1 0,50 0,33 0,25 0 Expérience n°2 : [Fe2+]0 = 0,1 mol.L-1, [Hg2+]0 = 0,001 mol.L-1 t(u.a.) 0 1 2 4 ∞ [Hg2+]/[Hg2+]0 1 0,66 0,45 0,20 0 1- Expliquer l’intérêt du choix [Fe2+]0=[Hg2+]0 dans la première expérience, et l’intérêt du choix [Fe2+]0>>[Hg2+]0 dans la seconde. 2- Montrer que l’ordre global de la réaction est 2. 3- Montrer qu’on peut raisonnablement estimer que les ordres partiels vérifient p=q=1. Spectrophotométrie : CCP MP 2016 Document n° 3 - Spectre d’absorption du bleu brillant La figure 8 trace l’absorbance A du bleu brillant en fonction de la longueur d’onde λ. Révisions de chimie Page 3 sur 19 Document n° 4 - Préparation de la gamme de la solution étalon de bleu brillant Une gamme étalon est réalisée : à partir d’une solution mère de bleu brillant commercial de concentration molaire volumique connue c0 = 4,72 x 10-6 mol.L-1, des solutions filles sont préparées en utilisant une verrerie adaptée. On obtient alors une série de solutions de bleu brillant de concentrations c connues. L’absorbance A de chaque solution est mesurée dans une cuve en plastique de 1 cm d’épaisseur à une longueur d’onde λ adaptée. Les valeurs obtenues sont reportées dans le tableau. A 0 0,234 0,347 0,456 0,582 c (10-6 mol.L-1) 0 1,89 2,83 3,78 4,72 TABLEAU 4 – Absorbances et concentrations des solutions. Document n° 5 - Absorbance d’une solution Lorsqu’une solution est traversée par un rayonnement polychromatique, elle peut atténuer l’intensité des radiations à certaines longueurs d’onde : on dit qu’elle absorbe ces radiations. FIGURE 9 – Représentation d’une cuve traversée par un faisceau incident d’intensitéI0,λ. Un faisceau transmis IT,λ en émerge. La longueur de la cuve l traversée est de 1 cm. Un faisceau de lumière monochromatique (de longueur d’onde λ) d’intensité incidente I0,λ Révisions de chimie Page 4 sur 19 traverse une longueur l de solution limpide (phénomène de diffusion négligeable) placée dans une cuve (figure 9). Une partie de la radiation est absorbée par la solution, l’autre est transmise et son intensité est notée IT,λ. II.5.a. Définir l’absorbance A d’une solution. II.5.b. Quelle longueur d’onde de travail λ faut-il choisir pour réaliser les mesures d’absorbance lors de la réalisation de la gamme de solutions étalons ? Quel lien existe-t-il entre cette longueur d’onde et la couleur d’une solution de bleu brillant ? II.5.c. Détailler le protocole expérimental à mettre en place pour préparer, à partir de la solution mère de bleu brillant concentration molaire volumique connue c0 = 4,72 x 10-6 mol.L- 1, un volume V = 25,0 mL d’une solution de bleu brillant de concentration molaire volumique c = 1,89 x 10-6 mol.L-1. II.5.d. Rappeler la loi de Beer-Lambert en précisant les différents termes et leurs unités respectives. Cette loi est-elle vérifiée ? II.5.e. Avant de réaliser des mesures d’absorbance, il est nécessaire de réaliser le blanc. Expliquer la nécessité d’une telle opération. II.5.f. En quoi la spectrophotométrie est-elle une technique de choix pour le suivi de cette réaction? Titrage : Mines-ponts PSI 2015 Une solution contenant l’ion [VO(H2O)5]2+, de volume V0=100 mL et de pH supposé égal à zéro, est titrée par une solution de permanganate de potassium K+MnO4 - de concentration c = 0,02 mol.L-1. L’équivalence est repérée par la persistance d’une couleur orange-rouge. On mesure un volume équivalent Veq=8,0 mL. 4- Ecrire la réaction de titrage (écrite avec le nombre stœchiométrique relatif à MnO4 - égal à 1). 5- Calculer une valeur approchée de la constante d'équilibre de la réaction de titrage. Conclure. 6- Calculer la concentration c0 de la solution contenant l’ion [VO(H2O)5]2+. Données : E° /V à pH = 0. VO2 +/VO2+ (ou VO2 + /[VO(H2O)5]2+): 1,0 V. V2+/V(s) : -1,18 V. MnO4 -/Mn2+ : 1,50 V. Température de flamme : E3A PSI 2016 H / Etude de la combustion complète du gazole Lire le texte fourni en ANNEXE 1 et intitulé « la combustion des carburants » puis répondre aux questions suivantes. H1. Ecrire la réaction de combustion complète de gazole dans l’air : les affirmations des lignes 15 à 19 sont-elles valides ? 8/9 Révisions de chimie Page 5 sur 19 H2. Le taux d’émission de CO2 (indiqué sur le document 2 en ANNEXE 1) est-il en accord avec la consommation du véhicule ? H3. Vérifier qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction. Quelle est la molécule oxydée ? Justifier. H4. Déterminer l’enthalpie standard de réaction associée à cette transformation chimique. On fera le calcul à partir d’une équation de réaction écrite pour un coefficient de 1 pour le gazole. L’affirmation des lignes 21 à 25 est-elle valide ? H5. Justifier thermodynamiquement que la réaction est totale à 298 K. H6. Déterminer et calculer la température de flamme adiabatique maximale TF liée à cette transformation. H7. La température de flamme réellement atteinte est en général plus faible. Proposer des explications. DONNEES NUMÉRIQUES Pour la troisième partie: Eléments chimiques : Elément H C N O Masse molaire atomique (g.mol-1) 1,0 12,0 14,0 16,0 Numéro atomique 1 6 7 8 Electronégativité (échelle de Pauling) 2,20 2,55 3,04 3,44 Formule chimique de l’air : 3,7 mol de N2 pour 1,0 mol de O2 Données thermodynamiques : constante thermodynamique R = 8,314 J.mol-1.K-1 composé gazole (liq) O2 (vap) CO2 (vap) H2O(vap) N2(vap) ∆fH0 (kJ.mol-1) - 245 0 - 393 - 242 0 CPm 0 (J.mol-1.K-1) 224,6 29,4 44,2 30,0 27,9 Sm 0 (J.mol-1.K-1) 329 205 214 189 192 où ∆fH0, CPm 0 et Sm 0 sont respectivement l’enthalpies standard de formation, la capacité thermique molaire standard (à pression constante) et l’entropie molaire standard des espèces à 298 K (ces grandeurs sont supposées constantes). ANNEXE 1 : DOCUMENT 1 : Texte extrait du site de l’association adilca : www.adilca.com © Association pour la Diffusion d'Informations sur les Lois physiques de l'Automobile. Association à but non lucratif créée en mai 2000 à l'initiative d'anciens élèves des sections scientifiques du Conservatoire National des Arts et Métiers de Paris. LA COMBUSTION DES CARBURANTS Les carburants Révisions de chimie Page 6 sur 19 uploads/Finance/ sceance-de-revisions-avant-concours-chimi-pdf.pdf