UNIVERSITE HENRI POINCARE NANCY I. CONCOURS EXTERNE Technicien BAP B Technicien en élaboration et mise en forme des matériaux Session 2010

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1 UNIVERSITE HENRI POINCARE NANCY I CONCOURS EXTERNE Technicien BAP B Technicien en élaboration et mise en forme des matériaux Session 2010 EPREUVE ECRITE D'ADMISSIBILITE (Durée 3h, coefficient 3) Aucun document n'est autorisé L'usage des calculatrices électroniques de poche est autorisé, conformément à la circulaire n du 16 Novembre Ce dossier comprend 16 pages imprimées. Veuillez vérifier en début d'épreuve s'il est complet et signaler toute anomalie. Les diverses parties du sujet sont indépendantes. Pour les questions à choix multiples, une réponse fausse retranche autant de point que n en ajoute la ou les bonnes réponses. 1

2 Problème Classer ces solvants par ordre croissant de leur température d'ébullition. éthanol éther acétone eau 2. Compléter le tableau suivant. Formule associée au produit Nom du produit K 2 Cr 2 O 7 AgNO 3 H 3 PO 4 CH 3 COOH Iodure de potassium Sulfate de cuivre 3. Compléter le tableau suivant en indiquant si les mélanges sont miscibles ou non miscibles. Mélange Miscible Non miscible Eau / méthanol Eau / décane Eau / éther 4. Citer deux éléments a) alcalins b) de transition c) halogènes d) gaz rare a) b) c) d) 2

3 5. Quelles sont les fonctions notées A, B, C et D dans la molécule suivante? A B C D acide carboxylique alcool cétone amide amine 6. Quel solvant choisiriez-vous pour solubiliser au mieux les composés suivants (une seule réponse par composé)? NaCl Eau Méthanol Octane Al(OCH 3 ) 3 3

4 7. Compléter le tableau en indiquant par 1 l'état de départ et par 2 l'état d'arrivée pour les changements d'état suivants. Sublimation Fusion Solidification solide liquide gaz 8. Décrire brièvement deux méthodes différentes de cristallisation. 9. Décrire brièvement deux méthodes différentes permettant de purifier une molécule dissoute en solution. 4

5 10. Convertir 100 nm en m. 11. Quelle est la taille approximative d'une petite molécule (ex. éthanol, eau, méthane)? (Cocher la bonne réponse) 0,001 nm 1 nm 100 nm 12. Qu'appelle-t-on nanoparticule? 13. Quels sont les risques potentiels liés à la manipulation de nanoparticules? 14. Placer approximativement les domaines suivants sur l'axe des longueurs d'onde. Visible Infra-rouge Ultra-violet Rayons X 5

6 15. Vous commandez une bouteille de 50 L d'azote sous pression. a) Quelle est la pression initiale usuelle dans la bouteille neuve? (Cocher la bonne réponse) 0,2 bar 2 bar 200 bar 2000 bar b) Décrire la fonction d'un manomètre détendeur. c) Quelles précautions doit-on prendre pour l'utilisation et la manipulation d'une bouteille d'azote sous pression dans une salle de chimie? (Cocher la/les bonne(s) réponse(s))? Fixation obligatoire de la bouteille au mur Installation obligatoire dans une armoire ventilée Démontage obligatoire du manomètre lors du transport Port obligatoire d'un masque respiratoire Port obligatoire de lunettes 16. Les fluides cryogéniques les plus couramment utilisés en laboratoire sont l'azote et l'hélium. a) Quelle est, parmi les températures ci-dessous, celle qui est la plus proche de la température d'ébullition de l'azote liquide (à la pression atmosphérique)? (Cocher la bonne réponse) -20 C -80 C +20 C -200 C -290 C -350 C b) Quelle est, parmi les températures ci-dessous, celle qui est la plus proche de la température d'ébullition de l'hélium liquide (à la pression atmosphérique)? (Cocher la bonne réponse) +200 K 0 K +4 K +150 K -80 K +80 K 6

7 17. On considère un litre d'azote liquide N 2 à pression atmosphérique. Calculer le volume de gaz correspondant produit après évaporation complète à température ambiante. Données : constante des gaz parfait R = 8,314 J.mol -1.K -1 ; masse volumique de l'azote liquide 806,6 g.l -1 ; masse molaire du diazote 28 g.mol -1. L'air est constitué d'un mélange de gaz. Citer les deux gaz majoritaires dans ce mélange et indiquer le taux approximatif de chacun d'entre eux (10%, 20%, 30%, 40%, 50%, ). Quel danger y-a-t-il à stocker un récipient ouvert contenant une grande quantité d'azote liquide dans un local non ventilé? Problème Sur un flacon de produit chimique, il est écrit : «Causes severe burns. Avoid contact with skin and eyes. In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advise immediately». On souhaite peser 45 g de ce produit dans un bécher ; quelles précautions doit-on prendre? (Cocher la bonne réponse) Mettre des gants. Mettre des lunettes. Mettre un masque. Mettre des gants et un masque. Mettre des lunettes et des gants. Ne pas y toucher et demander un autre produit. 7

8 2. Compléter le tableau suivant avec la lettre correspondant au danger représenté par chaque pictogramme. A. Explosif B. Comburant (agent oxydant) C. Corrosif D. Dangereux pour l'environnement E. Inflammable F. Toxique G. Laser 3. Que signifient les différentes indications figurant sur l'étiquette du produit suivant? Compléter le tableau correspondant. Formule chimique du produit Nom usuel Masse molaire Quantité du flacon Point d'ébullition Point de fusion 8

9 Sous quelle forme se présente ce produit dans les conditions normales de température et de pression? 4. L'ensemble des chercheurs d un laboratoire utilise 22,5 g d'un produit chimique chaque semaine. On souhaite constituer un stock de sorte à disposer de ce produit en ayant 6 mois d'avance. Ce produit est vendu en flacon de 100 g au prix de 179 euros l'unité. a) Combien de flacons doit-on commander pour approvisionner le stock? b) Quel sera le montant pour une année? Problème Le cuivre naturel est composé de deux isotopes stables : Cu et 29Cu Leurs masses atomiques sont respectivement (en unité de masse atomique) 62,929 et 64,927. a) Indiquer le nombre de protons, neutrons, électrons pour ces deux types d'atomes b) Sachant que la masse atomique du mélange isotopique naturel est 63,540, calculer l'abondance (en %) de chacun des isotopes 9

10 2. Parmi les composés suivants, quels sont ceux dont la liaison chimique est covalente? (Cocher la ou les bonne(s) réponse(s)) NH 3 KCl CaCl 2 O 2 Problème On dissout 10 g de chlorure de sodium et 10 g de dichlorure de calcium dans 250 ml d'eau. a) Calculer les pourcentages en masses et en quantités de matière (en moles) des constituants (chlorure de sodium et dichlorure de calcium) introduits dans la solution. Données : Masses molaires (g.mol -1 ) : H = 1 ; Na = 23 ; Ca = 40,1 ; Cl = 35,5 ; O = 16 b) Dans l'eau, ces constituants se dissocient complètement en ions Na +, Ca 2+ et Cl -. Calculer la concentration des ions Cl - (en mol.l -1 ) dans la solution de 250 ml obtenue (on néglige le volume des deux solides initiaux). Données : Masses molaires (g.mol -1 ) : H = 1 ; Na = 23 ; Ca = 40,1 ; Cl = 35,5 ; O = 16 10

11 2. Dans quelles conditions observe-t-on une précipitation? 3. On dispose de 500 ml d'une solution aqueuse A de AgNO 3 de concentration 10-3 mol.l -1 et de 500 ml de solution B de K 2 CrO 4 de concentration 10-4 mol.l -1. La dissociation de ces deux composés dans l'eau est totale. a) Ecrire les équations bilan de dissociation de AgNO 3 et K 2 CrO 4 dans H 2 O b) Calculer les quantités de matière (en mole) des ions présents dans la solution A c) Calculer les quantités de matière (en mole) des ions présents dans la solution B On mélange maintenant les solutions A et B. d) Exprimer la relation générale entre la constante de solubilité K S de Ag 2 CrO 4 et les concentrations des espèces concernées. 11

12 e) Observe-t-on une précipitation après mélange des solutions A et B? Justifier. Données : produit de solubilité de Ag 2 CrO 4 : K S = (pour des concentrations exprimées en mol.l -1 ) 4. On dispose de deux solutions aqueuses, l'une (solution S 1 ) contient 1, mol d'acide chlorhydrique HCl, dans L d'eau, l'autre (solution S 2 ) contient 1, mol d'hydroxide de sodium NaOH, dans L d'eau. a) Evaluer le ph de la solution S 1. b) Evaluer le ph de la solution S 2. On constitue les quatre mélanges suivants Mélange Volume de S 1 (en L) Volume de S 2 (en L) Volume d'eau ajoutée (en L)

13 Mélange 1 : c) Evaluer le ph de chacun des mélanges Mélange 2 : Mélange 3 : Mélange 4 : Mélange 1 : Mélange 2 : Mélange 3 : Mélange 4 : d) Préciser la nature de chacun des mélanges (solution acide, basique ou neutre) Problème 5. Equilibrer l'équation d'oxydo-réduction suivante. MnO H 3 O + + Fe 2+ = Mn 2+ + H 2 O + Fe 3+ Problème 6. Cinétique chimique 1. Dosage du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2 ) présent dans une solution commerciale S 1 d'eau oxygénée : 10 ml de la solution commerciale S 1 sont dilués par de l'eau dans une fiole jaugée de 200 ml pour fournir la solution S ml précisément mesurés de cette solution S 2 sont mis dans un erlenmeyer contenant une solution d'iodure de potassium (KI) en excès et 5 ml d'acide sulfurique. 13

14 a) Ecrire les deux équations de demi-réaction ainsi que l'équation bilan de l'oxydation des ions iodures par l'eau oxygénée, en milieu acide. Données: Couples redox E O / H 3 O + / H 2 (en V) I 2 / I - 0,54 H 2 O 2 / H 2 O 1,77 Le contenu de l'erlenmeyer est dosé par une solution de thiosulfate de sodium (Na 2 S 2 O 3 ) de molarité 0,12 mol.l -1. b) Ecrire les équations des demi-réactions puis l'équation bilan du dosage du diiode par le thiosulfate de sodium Données: Couples redox E O / H 3 O + / H 2 (en V) I 2 / I - 0,54 S 4 O / S 2 O 3 0,08 La décoloration du diiode formé intervient pour un volume moyen de 13,85 ml de thiosulfate de sodium versé. c) Calculer la molarité en eau oxygénée de la solution S 2 14

15 d) Calculer la molarité en eau oxygénée de la solution S 1 2. On se propose de suivre la disparition du peroxyde d'hydrogène au cours de sa décomposition suivant la réaction suivante : H 2 O 2 H 2 O + ½ O 2 Cette expérience est réalisée à température ambiante. Le graphique suivant représente l'évolution de la concentration du peroxyde d'hydrogène [H 2 O 2 ] en fonction du temps t. a) définir la vitesse moyenne de disparition du composé. 15

16 b) calculer la vitesse moyenne de disparition du composé dans l'intervalle de temps 15 à 30 minutes c) définir la vitesse instantanée de disparition de H 2 O 2 d) calculer cette vitesse instantanée au temps t = 0. e) Comment évolue cette vitesse instantanée de disparition de H 2 O 2 au cours du temps, expliciter. f) donner le temps de demi-réaction 16