Olympiade francophone de chimie 2009 : 1 ère épreuve Niveau 1 Correctif

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Christian Lambert
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1 Olympiade francophone de chimie 2009 : 1 ère épreuve Niveau 1 Correctif 1. Question 1 Etant donné que le germanium (Ge) est dans la même colonne que le carbone, cela implique qu il possède 4 électrons de valence. a) GeO 2 (analogie avec CO 2 ). L oxygène possédant 2 électrons de valence, il faut 2 atomes d oxygène pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium. b) GeS 2 (analogie avec SO 2 ). Le souffre possédant 2 électrons de valence, il faut 2 atomes de souffre pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium. c) GeCl 4 (analogie avec CCl 4 ). Le chlore possédant 1 électron de valence, il faut 4 atomes de chlore pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium. 2. Question 2 a) Etant donné qu une molécule de méthane renferme un atome de C : A - 4 b) Si on calcule le nombre de moles de méthane : n = N N A 3.10 = = 0,5 mole de méthane. Dès lors, B - 1 c) Une molécule de méthane renferme 4 atomes d hydrogène : C 2 d) La masse de 2 moles de molécules de méthane = (2 moles).(16 g/mol) = 32 g : D 3 3. Question 3 Nous savons que l atome d hydrogène possède 1 électron, 1 proton et 0 neutron. Si l atome X a une masse atomique 16 fois plus grande que celle de l hydrogène, cela implique qu il possède 16 nucléons (protons + neutrons). Vu que la charge du noyau est 8 fois plus grande, cela implique qu il possède 8 protons, dès lors, il possède 8 neutrons. Par ailleurs, un atome étant électriquement neutre, l atome X doit posséder 8 électrons. Les affirmations a et b sont donc fausses et les affirmations c et d sont vraies. 4. Question 4 a) Faux, la masse atomique nous renseigne sur le nombre de nucléons ce qui ne nous permet pas de déduire le nombre de couches électroniques. b) Vrai. Le nombre de couches électroniques est celui de la période. c) Faux. Le numéro de la famille nous renseigne sur le nombre d électrons célibataires mais pas sur le nombre de couches électroniques. d) Faux. L électronégativité est la capacité d un atome à attirer des électrons. Elle ne nous permet pas de déduire le nombre de couches électroniques.

L oxygène possédant 2 électrons de valence, il faut 2 atomes d oxygène pour se lier avec les 4 électrons de valence du germanium. b) GeS 2 (analogie avec SO 2 ).

2 5. Question 5 - Première partie a) Vrai. On constate que les trois atomes possèdent 6 électrons. Par contre, ils possèdent respectivement 12, 13 et 14 nucléons. Etant donné qu un atome est électriquement neutre, chacun des atomes possède 6 protons. Dès lors, le nombre de neutrons des atomes est respectivement 6, 7, 8. Ce sont donc des isotopes. b) Vrai. Ils ont tous le numéro atomique 6. c) Vrai. Voir point a. d) Faux. Voir point a. e) Faux. Voir point a. f) Vrai. Ce sont tous des isotopes de l élément carbone. - Deuxième partie Le premier élément possède 6 neutrons, 6 protons et 6 électrons. Le deuxième élément, quant à lui, possède 7 protons, 7 électrons et 6 neutrons. a) Faux. Ce ne sont pas les mêmes éléments chimiques (nombre de protons différents). b) Faux. Le numéro atomique du premier élément est 6, celui du deuxième est 7. c) Faux. Le premier possède 6 protons et le deuxième 7. d) Vrai. Ils en possèdent 6 chacun. e) Faux. Le premier en possède 12 et le second 13. f) Faux. Ils ont des nombres de protons différents. 6. Question 6 Réponse A. 7. Question 7 Examinons les différents composés qui peuvent être formés : PBr 3, CO 2, Li 2 O, AlCl 3 et NH 3. Identifions, dans un premier temps, les composés ioniques et les composés covalents : - Composés covalents : o PBr 3 (χ(p) = 2,19 et χ(br) = 2,96) o CO 2 (χ(c) = 2,55 et χ(o) = 3,44) o NH 3 (χ(n) = 3,04 et χ(h) = 2,2) - Composés ioniques : o LiO 2 (χ(li) = 0,98 et χ(o) = 3,44 o AlCl 3 (χ(al) = 1,61 et χ(cl) = 3,16 Parmi les composés ioniques, celui qui présente la plus grande différence d électronégativité entre les atomes le constituant est LiO 2. Dès lors, c est LiO 2 (oxyde de lithium) qui est le plus susceptible de former un composé ionique binaire.

Ils ont tous le numéro atomique 6. c) Vrai. Voir point a. d) Faux. Voir point a. e) Faux. Voir point a. f) Vrai. Ce sont tous des isotopes de l élément carbone.

3 8. Question 8 A 2 : P 4 est un corps simple car il est constitué d un seul élément (le phosphore). B 3 : CO 2 est un composé binaire car il est composé de deux éléments. C 4 : NaHCO 3 possède un anion (HCO 3 - ) polyatomique, en effet il est constitué de plusieurs éléments (H, C et O). D 1 : NH 4 Cl possède un cation (NH 4 + ) polyatomique. 9. Question 9 Formule Nom Fonction CO 2 Dioxyde de carbone Oxyde Ca 3 (PO 4 ) 2 Phosphate de calcium Sel (produit d une réaction acide-base) NaHSO 4 Hydrogénosulfate de sodium Sel (produit d une réaction acide-base) FeCl 3 Chlorure de fer (III) Sel (produit d une réaction acide-base) Cu(OH) 2 Hydroxyde de cuivre Base 10. Question 10 a) L air (comprimé ou non) est principalement composé d oxygène et d azote de deux éléments. b) L azote liquide est composé d un seul élément : l azote. c) Le sel de table est composé de Na + et de Cl - (NaCl). d) La soude caustique est composée des éléments Na, O et H (NaOH). e) La mine de crayon est composée d un seul élément : le carbone. f) L esprit de sel est composé des éléments suivants : H et de Cl (HCl). Les réponses correctes sont donc b et e. 11. Question 11 Réponse C. En effet, les coefficients indiquent le rapport selon lequel les réactifs vont réagir mais on peut en engager des quantités quelconques. Dans le cas où les réactifs ne sont pas engagés en quantité stœchiométrique, nous aurons un excès-défaut. 12. Question 12 O 2 + NO 2 NO + O 3 2 NO 2 + O 3 O 2 + N 2 O 5 N 2 O 5 + H 2 O 2 HNO 3

Question 9 Formule Nom Fonction CO 2 Dioxyde de carbone Oxyde Ca 3 (PO 4 ) 2 Phosphate de calcium Sel (produit d une réaction acide-base) NaHSO 4 Hydrogénosulfate de sodium Sel (produit d une

4 13. Question 13 Le graphique A. En effet, sur ce graphique, si l on se positionne sur l axe des x au niveau 4 (c est-àdire masse de S = 4g), on trouve sur l axe des y la valeur 7 (c est-à-dire 7 g de soufre). Cela correspond bien aux valeurs fournies dans l énoncé. 14. Question 14 a) 2 NH 3 + 5/2 O 2 2 NO + 3 H 2 O b) Afin de pouvoir déterminer le réactif limitant, nous allons déterminer le nombre de moles de chacun des réactifs : 40g n(nh 3 ) = = 2,35 moles 17g n(o 2 ) = 50g = 1,56 moles 32g Nous voyons dès lors que l oxygène est le réactif limitant. n(no) = 2.n(O2 ) = 1,25 mol 2,5 Dès lors, m(no) = (1,25 mol).(30 g/mol) = 37,5 g 15. Question 15 Réponse a. Nous savons qu un litre d eau contient 1000 g d eau. 1000g Dès lors, n(eau) = = 55,56 mol. 18g Etant donné que l on a 55,56 mol dans un litre d eau, la concentration molaire est de 55,56 mol/l.

Cela correspond bien aux valeurs fournies dans l énoncé. 14.

5 16. Question 16 Nous savons que la concentration pour laquelle la solution est saturée est 4, mol/l. Calculons la concentration de chacune des solutions : - Solution 1 : C = - Solution 2 : C = 0,1mol = 2 mol/l la solution est saturée ; 0,05L 8.10 mol = mol/l la solution n est pas saturée ; 2L - Solution 3 : C = 4,5.10 mol = 4, mol/l la solution est saturée ; 0,1L - Solution 4 : C = 2,5mol = 6, mol/l la solution n est pas saturée ; 4000L 3 10 mol - Solution 5 : C = = 0,1 mol/l la solution est saturée. 10 L 17. Question 17 a) KNO 3 : si l on se positionne à x = 80 C, on constate que c est pour le nitrate de potassium que l on obtient la valeur de solubilité (y) la plus importante. b) Nous devons trouver la température (axe des x) pour laquelle les valeurs de solubilité (y) de NaCl et KNO 3 sont équivalentes les courbes se croisent. Nous observons que cela correspond à la température de 30 C. c) A 60 C, la solubilité du KNO 3 est de 100 g/100 ml. Dans la solution de 250 ml, nous avons donc mis 250 g de KNO 3 pour atteindre la saturation. Nous prélevons 25 ml de la solution et nous la refroidissons à 40 C. A cette température, la solubilité est de 60 g/100 ml. Une solution de 25 ml peut donc contenir, au maximum, 15 g de KNO 3 en solution. Etant donné que notre solution de départ en contient 25 g, 10 g de KNO 3 vont précipiter.

10-2 mol/l la solution n est pas saturée ; 2L - Solution 3 : C = 4,5.10 mol = 4,4.10-1 mol/l la solution est saturée ; 0,1L - Solution 4 : C = 2,5mol = 6,25.

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