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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 vide. • 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 Physique et Chimie Chimie inorganique Page 2 sur 16 Épreuve de chimie section PC Année : 2019-20120 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. • 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 : cyclohexane = (C6H12) ; acétate d’éthyle = (C4H8O2). Données numériques : • Masse molaire atomique (en g.mol-1) de : C = 12,00 . • Rayon covalent (pm) : C = 71. Les paramètres de l’équation d’Antoine : Numéro repère Composé α β κ (1) Cyclohexane 15,75 2766,63 -50,50 (2) Acétate d’éthyle 16,15 2790,50 -57,15 À 298K, • Potentiels chimiques standard Entité Ba(sd) Ba2+ Ba(OH)2۰8H2O(sd) BaO2(sd) H2O(liq) HO- H+ i µ  1 ( . ) kJ mol − 0 -561,0 -2794,4 -582,4 -237,2 -157,3 0 • Potentiels standard d’électrodes (à pH = 0) Couple 2( ) g H H + 2 ( ) sd Ba Ba + 2( ) 2 2 ( ) 8 sd BaO Ba OH H O • E ( ) / / ( / ) Ox red en V ESH 0 -2,91 1,63 Couple 2 2( ) sd BaO Ba + 2 2 ( ) ( ) 8 sd Ba OH H O Ba • E ( ) / / ( / ) Ox red en V ESH 2,35 -2,19 • Produit ionique de l’eau Ke =10-14. • ( ) ( ) 10 0,06 log ( ) R T Ln x x en V F × × = × . Conversions : ( ) ( ) 273 T K C = θ ° + ; 1 bar = 750 mmHg Unité : [J.C-1] = [Volt] Page 3 sur 16 Épreuve de chimie section PC Année : 2019-20120 Problème : cristallographie Le carbone graphite « Cgra » possède une structure en feuillets, la distance entre les plans d’empilement est de 335 pm. 1) Donner une représentation en perspective de la maille du graphite et de son contenu. 2) Quelle est la nature des liaisons entre les atomes de carbone proches voisins : • D’un même feuillet ? L’atome de carbone est tétravalent. Chaque atome de carbone présente 4 liaisons covalentes. Dans un feuillet chaque atome de carbone présente 2 liaisons simples et une double. Les électrons de la double liaison sont délocalisés sur tout le plan. • De deux feuillets voisins ? La cohésion entre ces feuillets est assurée par les forces de Van der Waals. 3) Donner les coordonnées réduites des atomes de carbone dans cette structure. Les coordonnées réduites des atomes « Cgra » sont : (0,0,0) ; (0,0,1/2) ; (1/3,2/3,0) et (2/3,1/3,1/2). 4) Définir, puis déterminer le motif dans cette structure. Le motif est la plus petite entité chimique qui par translations permises génère la totalité de la maille et par conséquent tout le réseau cristallin  Il est formé par quatre atomes de coordonnées (0a,0b,0c) ; (0a,0b,1/2c) ; (1/3a,2/3b,0c) et (2/3a,1/3b,1/2c). 5) 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. 6) Quelle est la coordinence du graphite ? La coordinence du graphite est 3, car chaque atome possède 3atomes proches voisins. 7) Représenter la trace des atomes de « Cgra » contenus dans le premier plan après celui passant par l’origine de la famille (110). Préciser clairement la tangence entre les atomes. Page 4 sur 16 Épreuve de chimie section PC Année : 2019-20120 8) Donner l’expression du paramètre « a » de la maille, en fonction du rayon de l’atome de carbone Rc. 3 4 cos 4 2 3 6 2 C C C a b R R R π   = = × × = × × = × ×     9) Donner l’expression puis calculer 9-a) la compacité de la structure. ( ) 3 4 3 atom C maille n C R V π ς × × × = ( ) 2 2 2 maille c c 2 3 V a c sin 2 3 R c 6 3 R c 3 2 π     = × × = × × × × = × × ×           et c =2×h=2×335=670 pm ( ) 3 2 4 4 8 8 71 3 0 17 6 3 9 3 9 3 670 C c c R R , R c c π π π ς × × × × × × × = = = = × × × × × × × 9-b) la masse volumique du carbone graphite solide. La masse volumique s’écrit : ( ) ( ) 2 6 3 atom C atom C A maille A c n C M n C M N V N R c ρ × × = = × × × × × ( ) 3 2 23 10 10 4 12 1 93 6 02 10 6 3 77 10 670 10 , g.cm , ρ − − − × = = × × × × × × × Page 5 sur 16 Épreuve de chimie section PC Année : 2019-20120 Problème : équilibres de phases Partie 1 : corps purs 1) Donner la relation de Clapeyron associée à la courbe de vaporisation d’un corps pur. Donner la signification des termes qui apparaissent dans cette relation. ( ) * vap m *,vap *,liq m m H dp dT T V V σ ∆ = × − * vap m H ∆ : enthalpie molaire de vaporisation. T : température de vaporisation *,vap m V : volume molaire du corps pur dans la phase vapeur. *,liq m V : volume molaire du corps pur dans la phase liquide 2) Un très grand nombre de relations ont été proposées pour représenter l’évolution de la pression de vapeur saturante d’un corps pur liquide avec la température ; elles se distinguent par l’étendue du domaine couvert, leur aptitude à permettre une extrapolation fiable à l’extérieur de ce domaine, en particulier vers les faibles températures. Parmi ces relations : 2-a) La fonction de type (A) : ( ) F Ln p E T σ = + où E et F sont deux constantes, la pression est exprimée en mmHg et la température en Kelvin. i) Montrer ; en donnant les approximations utilisées ; que la pression de vapeur saturante pσ d’un corps pur est une fonction de la température de type (A). Les approximations utilisées : * vap m H cte ∆ = *, *, *, *, *, >> ⇒ − ≈ vap liq vap liq vap m m m m m V V V V V Le gaz se comporte comme un gaz parfait : *,vap m R T V pσ × = * 2 vap m vap H dp p dT R T σ σ ∆   = ×   ×   2 2 1 1 * 2 p T vap m p T H dp dT p R T σ σ σ σ ∆  = ×    uploads/Ingenierie_Lourd/ concours-physique-et-chimie-chimie-inorganique-instructions.pdf