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المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 1ère année du bac Sciences Expérimentale

المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 1ère année du bac Sciences Expérimentales Sciences Mathématiques Nationales de Chimie NChO Olympiades Test provincial N° 1 16 Décembre 2016 Durée : 2 heures Test N° 1 durée : 2 heures 16 Décembre 2016 المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 2/6 Conseils et directives Si un(e) candidat(e) remarque dans l’énoncé d’un quelconque exercice ce qu’il considère comme erreur, Il indique sa remarque sur sa feuille de rédaction et résout l’exercice sur cette base. Dans ce cas, il (elle) doit indiquer l’erreur sur sa copie ainsi que sa proposition supposée juste tout en justifiant celle-ci.  L’utilisation de la calculatrice programmable n’est pas permise.  L’utilisation de tout document, non fourni avec le sujet, n’est strictement pas permise.  Le (la) candidat(e) est invité(e) à s’assurer qu’il possède toutes les pages du sujet qui sont au nombre de 6 pages.  Le (la) candidat(e) est invité(e) à rédiger ses réponses avec une écriture claire, éviter les ratures et ne pas utiliser la couleur rouge dans l’écriture et le soulignement.  Avant de commencer la rédaction, le (la) candidat(e) doit inscrire sur la première page de sa copie son Nom-prénom, sa Série, le nom du lycée suivi de la mention Public ou Privé. Note importante Il ne s’agit pas d'un examen scolaire, mais vous allez passer le premier test préliminaire d’une série de tests, à la fois théoriques et expérimentaux, étalés sur le cycle de baccalauréat, afin de participer aux finales des olympiades nationales de chimie qui regroupent les meilleurs élèves en cette discipline scientifique. Nous espérons donc que vos réalisations traduisent les compétences de haut niveau dont vous disposez. Et c’est cela qui forme les finalités des Olympiques au niveau national ou international.  Le (la) candidat(e) est invité(e) à respecter la structure de chaque exercice, tout en indiquant chaque réponse par le numéro de la question et celui de l’exercice et ce afin de faciliter la correction.  Le (la) candidat(e) est invité(e), au début de l’épreuve de faire une lecture de tous les exercices afin d’avoir une vision claire du travail demandé dans sa globalité. Test N° 1 durée : 2 heures 16 Décembre 2016 المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 3/6 Figure-1 L'ammoniac est l'un des plus importants produits chimiques de synthèse, du point de vue des quantités produites. Il est utilisé à près de 90 % pour la fertilisation des sols. L'ammoniac constitue également le réactif de base de nombreuses synthèses : acide nitrique, acrylonitrile, acide cyanhydrique, amides et amines. En métallurgie, l'ammoniac permet les traitements de nitruration des aciers. Il est également un agent de réfrigération classique de l'industrie du froid. L'ammoniac, de formule NH3, est constituée de trois atomes d’hydrogène H (Z=1) et un atome d’azote N (Z=7) . Dans les conditions normales de température et de pression, c'est un gaz noté NH3(gaz). Il est incolore et irritant, d'odeur piquante à faible dose, il brûle les yeux et les poumons en concentration élevée. On se propose par la suite d’étudier quelques propriétés de la molécule d’ammoniac et ses applications. Données : ● Valeurs de l’électronégativité selon l’échelle de Pauling : Atome C H N Électronégativité 2,55 2,20 3,04 ● Constante des gaz parfaits : R = 8,314 S.I ● T(K) = θ(°C) + 273,15 Nota : Les exercices 1,2, 3 et 4 sont indépendants. Dans les années 1960, il a été décidé de détacher la mesure du temps de l’astronomie et de redéfinir le temps en fonction des vibrations d’une molécule ou d’un atome. Une des premières horloges de ce type mettait en jeu les oscillations de la molécule d’ammoniac. Les molécules d’ammoniac ont la forme d’un parapluie, elles peuvent ainsi se retourner de la même façon que cet objet par grand vent (figure-1). En effet, en faisant un aller-retour d’une forme «normale» à une forme «retournée» à un rythme régulier de 24 milliards de fois par seconde, ces molécules permettent de concevoir un dispositif horloger d’une stabilité inégalée. Exercice 1 : Horloge atomique à ammoniac (12 points) Azote Hydrogène Test N° 1 durée : 2 heures 16 Décembre 2016 المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 4/6 1- Donner la configuration électronique des atomes constituants la molécule d’ammoniac. 2- Situer chacun de ces atomes dans le tableau de la classification périodique en indiquant le numéro de la ligne et de la colonne. 3- Représenter la molécule d’ammoniac selon le modèle de Lewis. 4- La liaison N−H est-elle polarisée ? Justifier. 5- Donner la représentation de Lewis et celle de Cram de la molécule de méthane CH4 sachant que le numéro atomique du carbone est Z(C)=6. 6- Sachant que la représentation spatiale de la molécule du méthane ressemble à celle d’ammoniac où le doublet non liant d’azote joue le rôle d’une liaison C−H, proposer une représentation de Cram de la molécule d’ammoniac dans les deux positions normale et retournée. 7- Calculer la période de retournement de la molécule d’ammoniac. 8- La molécule d’ammoniac est-elle polaire ? Justifier. 9- L’ammoniac et le méthane sont des gaz à température et pression ambiantes. Expliquer pourquoi l’ammoniac est très soluble dans l’eau tandis que le méthane est très peu soluble. 10- On remplace deux atomes d’hydrogène de la molécule d’ammoniac par les deux groupes –CH3 et –C2H5. Représenter selon Cram la molécule obtenue ainsi que son image par un miroir plan. Les deux molécules représentées sont-elles superposables ? 11- L’hydroxylamine NH3O joue un rôle important dans l’industrie chimique. Établir la représentation de Lewis de cette molécule sachant que Z(O)=8. Préciser les doublets liants et non liants. 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 2 pts La synthèse industrielle de l'ammoniac s'effectue en phase gazeuse selon le procédé Haber- Bosch. Les réactifs dihydrogène H2(g) et diazote N2(g) sont introduits en proportions stœchio- métriques. La réaction a lieu en présence d'un catalyseur qui est du ruthénium sur un support de graphite, sous une pression comprise entre 100 bar et 200 bar et à une température comprise entre 350°C et 500°C. Dans un réacteur chimique, on mélange 100 mol de diazote et la quantité stœchiométrique correspondante n(H2) de dihydrogène en présence du catalyseur ruthénium à la pression P=1,50.104kPa et à la température θ=400°C. 1- Écrire l’équation chimique de la réaction de synthèse de l’ammoniac. 2- Déterminer la quantité de matière de dihydrogène n(H2) introduite dans le réacteur pour la synthèse de l’ammoniac. 3- Établir le tableau d'avancement de cette réaction. 4- Représenter sur le même graphe les variations des quantités de matière des réactifs et du produit en fonction de l’avancement x de la réaction. 5- Déduire la valeur de l’avancement maximal xmax de la réaction. 6- En supposant les gaz parfaits, calculer le volume d’ammoniac synthétisé au sein du réacteur chimique. Exercice 2: Synthèse industrielle de l’ammoniac (10 points) 1 pt 1 pt 1 pt 2 pts 3 pts 2 pts Test N° 1 durée : 2 heures 16 Décembre 2016 المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 5/6 2 pts L’ammoniac NH3 est un gaz très soluble dans l’eau, L’ammoniaque est en fait le nom commercial donné à une solution aqueuse d’ammoniac de teneur massique comprise entre 20% et 35%. L’ammoniaque est un produit d’entretien courant, utilisé pour nettoyer les surfaces vitrées, les sanitaires, les lavabos et éviers, les brosses et peignes. Il est efficace en tant que détachant, notamment pour éliminer les traces de sang. La figure-2 représente une étiquette d’une bouteille commerciale d’ammoniaque. Figure-2 1- Quelle est la teneur massique en soluté de cette solution ? Calculer la teneur maximale en % d’une solution aqueuse d’ammoniac réalisable à des fins commerciales ? 2- Est-il possible de réaliser des solutions de teneur supérieure ? Comment faut-il procéder ? 3- Déterminer la concentration molaire de la solution d’ammoniac à 30% dont il est question à la figure-2. 4- Quel est le volume de gaz ammoniac nécessaire pour fabriquer 500mL de cette solution ? 5- D’après Les pictogrammes de sécurité donnés en étiquette. Qu’elles sont les dangers et les précautions à prendre lors de l’utilisation de cette solution ? 6- On souhaite préparer 1L d’une solution cent fois plus diluée à partir de cette solution mère 6.1- Déterminer le volume Vp à prélever pour préparer cette solution. 6.2- Décrire la procédure pratique à suivre pour réaliser cette dilution. Exercice 3 : solution aqueuse d’ammoniac (8 points) Exercice 4 : Synthèse d’acide nitrique à partir de l’ammoniac (10 points) 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt 1 pt Le procédé Ostwald est à l'origine un procédé chimique catalytique de combustion contrôlée à l'air purifié du gaz ammoniac en oxydes d'azotes, oxyde nitrique ou oxyde d'azote puis peroxyde d'azote ou dioxyde d'azote, précurseur de l'acide nitrique obtenue finalement après humidification à l'eau. Il a été développé par le chimiste allemand Wilhelm Ostwald avec l'aide de son gendre Eberhard Brauer et mis au point au début des années 1900. La catalyse sur platine Test N° 1 durée : 2 heures 16 Décembre 2016 المركز الوطني للتجديد التربوي والتجريب 6/6 uploads/Finance/ test-n-1-fr-chimie-16-17-prov.pdf