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Session Juillet 2020 Page 1 sur 16 Instructions • Cette épreuve comporte 14 pag

Session Juillet 2020 Page 1 sur 16 Instructions • Cette épreuve comporte 14 pages + 2 pages vides. • Tout résultat doit être écrit dans les cadres adéquats. • L'usage des calculatrices électroniques de poche non programmables est autorisé. • Aucun échange entre les candidats n'est autorisé. • Tout calcul doit être précédé d’une expression littérale. • Les résultats numériques sans unité ou avec une unité fausse ne seront pas comptabilisés. • En cas de besoin utiliser la page vide en fin de cahier. Dans ce cas, il faut le signaler dans la case allouée à la réponse remise en fin de cahier. • Si au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il la signale sur sa copie et poursuit sa composition en indiquant les raisons des initiatives qu’il est amené à prendre. LES CANDIDATS DOIVENT VÉRIFIER QUE LE SUJET COMPREND 16 PAGES NUMEROTÉES 1 sur 16, 2 sur 16, …, 16 sur 16. Concours Technologique Page 2 sur 16 Épreuve de chimie section T Année : 2019-2020 Notations et données numériques États des constituants physicochimiques : (sd) solide ; (liq) liquide ; (g) gazeux Lorsque aucune mention n'est spécifiée, les ions sont supposés implicitement en solution aqueuse. Les gaz sont considérés comme parfaits. Notations : • xi : la fraction molaire de « i » dans la phase liquide. • yi : la fraction molaire de « i » en phase vapeur. • i p σ : pression de vapeur saturante de « i ». • i ϕ µ : potentiel chimique du constituant « i » dans la phase φ. • L’exposant * signifie corps pur. • L’exposant  signifie standard. • ESH : électrode standard à hydrogène. Constantes physiques : • Constante des gaz parfaits : R = 8,314 J.mol-1.K-1. • Constante d'Avogadro : NA = 6,02×1023 mol-1. • Constante de Faraday : F = 96500 C.mol-1. • Pression standard : p  1 . bar = • Concentration standard : C  1 1 . . mol L− = Formules brutes : Méthanol = (CH3-OH) ; N-hexane = (C6H14); Acétone =(C3H6O); Chloroforme = (CHCl3). Données numériques : • Masses molaires (en g.mol-1) : Be= 9,01 ; CH4O = 32,04 ; C6H14= 86,18 ;CHCl3 =119,38 ; C3H6O = 58,08. • Les moments dipolaires µ (en D) : chloroforme = 1,02 ; acétone =2,88 ; méthanol = 1,66 ; N-hexane = 0. À 298K, • Potentiels standard d’électrodes à pH = 0 : Couple 2( ) g H H + 2( ) 2 g O H O E ( ) / / ( / ) Ox red en V ESH 0 1,23 • Produit ionique de l’eau Ke =10-14. • ( ) ( ) 10 0,06 log ( ) R T Ln x x en V F × × = × . Conversions : ( ) ( ) 273,15 T K C = θ ° + 1 bar = 750 mmHg Unités : [J.C-1] = [Volt] Page 3 sur 16 Épreuve de chimie section T Année : 2019-2020 Problème : cristallographie Le béryllium « symbole Be » cristallise dans une structure hexagonale compacte. Pour décrire la structure du béryllium, on suppose que l’hypothèse d'un empilement compact de plans de sphères dures tangentes est correcte. 1) Donner une représentation en perspective de la maille et de son contenu. 2) Quel est la séquence d’empilement des plans compacts dans le réseau hexagonal compact ? AB-AB 3) En se limitant à une seule maille, dessiner en précisant la tangence entre les atomes, un plan de compacité maximale. 4) Donner les coordonnées réduites des atomes de « Be » dans cette structure. Les coordonnées réduites des atomes de « Be » sont : (0,0,0) et (2/3,1/3,1/2). 5) Définir, puis déterminer le motif dans cette structure. Le motif est la plus petite entité chimique qui par translations permises génère la totalité du contenu de la maille et par conséquent tout le réseau cristallin.  Il est formé par deux atomes : l’atome de coordonnée (0a,0b,0c) et la deuxième de coordonnées (2/3a,1/3b,1/2c). 6) Quel est le mode de réseau ? Justifier la réponse. Le mode est P : car seule les translation , , a b c  permettent de générer tout le réseau. D’après les réseaux de Bravais le système hexagonal contient un seul mode qui est le mode P. 7) Représenter la trace des atomes de « Be » contenus dans le premier plan après celui passant par l’origine de la famille (110). Préciser la tangence entre les atomes. Page 4 sur 16 Épreuve de chimie section T Année : 2019-2020 8) Déterminer la valeur du rapport (c/a) idéal d'un empilement hexagonal compact. c 2 h = × avec h : la hauteur d’un tétraèdre régulier de côté « a » : 2 h a 3 = × c 2 2 1,633 a 3 = ×  9) Comparer la valeur du rapport (c/a) expérimental à celle obtenue à la question précédente, sachant que les paramètres de la maille sont : a = 228,7 pm et c = 358,3 pm. Conclure. c 358,3 1,57 1,633 a 228,7 = = <  Empilement hexagonale non idéal. La maille est déformée (aplatie selon l’axe c). 10) Donner l’expression puis calculer, la masse volumique du béryllium solide. La masse volumique s’écrit : ( ) sd atom Be Be A maille n Be M N V ρ × = × 2 2 2 3 sin 3 2 maille V a c a c π   = × × = × ×     2 ( ) 3 2 sd atom Be Be A n Be M N a c ρ × = × × × Application numérique : ( ) 3 2 23 10 10 2 9,01 1,86 . 3 6,02 10 228,7 10 358,3 10 2 sd Be g cm ρ − − − × = = × × × × × × Problème : diagramme de Pourbaix Compte tenu des données thermodynamiques suivantes, à 298 K : Entités Sr(sd) Sr2+ Sr(OH)2(sd) H2O(liq) H2(g) H+ HO- µ ( ) 1 . kJ mol − 0 -558,60 -881,20 -236,96 0 0 -157,30 1) Trouver l’expression puis calculer : 1-a) Le produit de solubilité de Sr(OH)2(sd). 2 2( ) ( ) 2 sd Sr OH Sr HO + − = + À l’équilibre, 2 2 s K Sr HO + −     = ×     rG ∆  i i ν µ = ×  ( ) s i R T Ln K = −× × ∑ ( ) i i s Ln K ν µ × = −  ( )2( ) sd Sr OH i R T µ = × ∑  2 Sr µ + −  2 HO µ − −×  R T × Application numérique : ( ) 3 881,2 558,6 2 157,30 3,23 8,314 10 298 s Ln K − − + + × = = − × × ( ) 3,23 0,04 s K Exp = − = Page 5 sur 16 Épreuve de chimie section T Année : 2019-2020 1-b) Les potentiels standard d’électrodes des différents couples Sr(II)/Sr(0). Couple (1) Sr2+/Sr : • Demi-équation électronique Sr2++ 2e- = Sr • Équation bilan : Sr2++ H2(g) = Sr + 2H+ 1 rG ∆  1 2 F E = −× ×  1 rG ∆  1 2 F E = −× ×  ( ) sd Sr = µ  2 H + + ×µ  2 Sr + −µ  2( ) g H −µ  ( ) 1 E  E = ( ) 2 Sr Sr E + − ( ) ( ) 2( ) sd Sr g H H + µ = −  2 H + + ×µ  2 Sr + −µ  2( ) g H −µ  ( ) 2 F × ; Application numérique : E ( ) ( ) 3 2 0 2 0 558,6 0 10 2,89 2 96500 Sr Sr V + + × + − × = − = − × Couple (2) Sr(OH)2(sd)/Sr : • Demi-équation électronique Sr(OH)2(sd) + 2H+ + 2e- = Sr + 2H2O • Équation bilan : Sr(OH)2(sd) + 2H+D + H2(g) = Sr +2H+G+ 2H2O 2 rG ∆  2 2 F E = −× ×  ( ) sd Sr = µ  2 D H + + ×µ  2 2 H O + ×µ  2( ) ( ) sd Sr OH −µ  2 G H + −×µ  2( ) g H −µ  ( ) 2 E  E = ( ) 2 ( ) Sr OH Sr E − ( ) ( ) 2( ) sd Sr g H H + µ = −  2 D H + + ×µ  2 2 H O + ×µ  2( ) ( ) sd Sr OH −µ  2 G H + −×µ  2( ) uploads/Ingenierie_Lourd/ c-pt-2020-pdf 1 .pdf