CONCOURS EXTERNE POUR LE RECRUTEMENT DE TECHNICIENS SUPERIEURS PRINCIPAUX DE L ECONOMIE ET DE L INDUSTRIE SESSION 2013 CHIMIE

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1 CONCOURS EXTERNE POUR LE RECRUTEMENT DE TECHNICIENS SUPERIEURS PRINCIPAUX DE L ECONOMIE ET DE L INDUSTRIE SESSION 2013 EPREUVE ECRITE D ADMISSIBILITE DU 21 NOVEMBRE 2013 CHIMIE (Durée : 2 heures - Coefficient : 2) L usage d une calculatrice de poche est autorisé (standard, programmable ou alphanumérique) à condition qu elle soit autonome et qu elle ne comporte ni dispositif d impression, ni dispositif externe de stockage d information. Les notices de fonctionnement ne sont pas autorisées. Le candidat attachera la plus grande importance à la clarté, à la précision et à la concision de la rédaction ; si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d énoncé, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu il a été amené à prendre. ATTENTION : LES CANDIDATS DEVRONT REMETTRE UNE ANNEXE (PAGE DE COULEUR) A INSERER DANS LEUR COPIE REMARQUES IMPORTANTES : les copies doivent être rigoureusement anonymes et ne comporter aucun signe distinctif ni signature, même fictive, sous peine de nullité. le candidat s assurera, à l aide de la pagination, qu il détient un sujet complet. TOUTE NOTE INFERIEURE A 6 SUR 20 EST ELIMINATOIRE

2 Exercice I Une fonte grise est constituée en masse de 95,0 % de fer et de 5,0 % de carbone. Pour la fabriquer, on fait réagir dans un haut fourneau de l oxyde de fer (III) Fe 2 O 3 (s) avec du monoxyde de carbone CO(g) pour donner Fe(s) et du dioxyde de carbone CO 2 (g). Le monoxyde de carbone utilisé est obtenu par action ménagée du dioxygène de l air O 2 (g) sur du carbone C(s) (le coke). I.1. Ecrire l équation : I.1.1. de la réaction de production du monoxyde de carbone. I.1.2. de la réaction de production du fer. On précisera l oxydant et le réducteur en justifiant. I.2. On prépare annuellement 10 millions de tonnes de fonte. I.2.1. A quelle masse m(fe) de fer cela correspond-il? I.2.2. Quel est le volume V de dioxygène nécessaire à la préparation de 10 millions de tonnes de fonte? I.2.3. Quelle masse m(c) de carbone aura-t-on consommée? Données : Masses molaires en g.mol -1 : M(C) = 12,0 ; M(Fe) = 55,8. Volume molaire dans les conditions de réaction : V m = 70 L.mol -1. Exercice II Le dihydrogène H 2 est un gaz pouvant être obtenu selon la réaction d équation : Données thermodynamiques à 298K : CH 4 (g) + H 2 O(g) = CO(g) + 3 H 2 (g) Espèce chimique f H 0 (kj.mol -1 ) S 0 (J.K -1.mol -1 ) CH 4 (g) -74,85 186,2 H 2 O (g) -241,83 188,7 CO (g) -110,52 197,9 H 2 (g) 0 130,6 II.1. II.2. II.1.1. Calculer l enthalpie de réaction, notée r H 0, de la réaction de synthèse du dihydrogène gazeux à 298K. II.1.2. Calculer l entropie de réaction, notée r S 0, de la réaction de synthèse du dihydrogène gazeux à 298K. II.2.1. La réaction est-elle endothermique ou exothermique à cette température? Justifier la réponse. II.2.2. A partir de la stœchiométrie de la réaction, expliquer pourquoi le signe de r S 0 était prévisible. 1 / 4

3 II.3. II.4. II.3.1. Calculer la valeur de l enthalpie libre de réaction, notée r G 0, de la réaction de synthèse du dihydrogène gazeux à 298K. II.3.2. En déduire la valeur de la constante d équilibre K à 298K. II.3.3. Que peut-on en conclure sur la position de l équilibre à 298K? Justifier la réponse. II.4.1. Faut-il élever ou abaisser la température (à pression constante) pour favoriser la réaction dans le sens direct ( )? Justifier la réponse. II.4.2. Que produirait une augmentation de pression (à température constante) sur l équilibre? Justifier la réponse. II.5. En supposant r H 0 et r S 0 indépendants de T, calculer «la température d inversion» de cette réaction, température pour laquelle r G 0 change de signe. Données : R = 8.31 S.I. Exercice III III.1. Enoncer la règle de Klechkowski. Donner la configuration électronique qui en découle dans le cas de l atome de cuivre. III.2. En fait, cet atome constitue une exception à la règle de Klechkowski. Proposer une explication. Donner sa configuration électrique. III.3. Donner la configuration électronique des ions Cu + et Cu 2+ dans leur état fondamental. III.4. Le cuivre donne avec le soufre un composé de formule CuS. III.4.1. Le soufre existe sous les degrés d oxydation (ou nombre d oxydation) suivants : - II, 0, IV, VI. Donner un exemple pour chacun (nom et formule). III.4.2. Donner la structure de Lewis de SO 2 et de H 2 S et en proposer une représentation tridimensionnelle. La valeur approximative des angles de liaison sera indiquée. III.5. Le bronze : alliage Cu-Sn. Le cuivre cristallise dans le système cubique à faces centrées (c.f.c.). Le paramètre de maille est a=3, m. On supposera que le contact se fait entre entités de cuivre supposées sphériques. Par ailleurs, le cuivre peut former de nombreux alliages, par insertion ou substitution. III.5.1. Représenter le schéma de la maille du cuivre. En déduire le nombre d atomes de cuivre par maille. III.5.2. Calculer la masse volumique du cuivre. III.5.3. Etablir la relation entre le rayon de l atome de cuivre, r Cu et le paramètre a de la maille c.f.c. Calculer r Cu. III.5.4. Calculer la compacité du cristal. Données : Masse molaire en g.mol -1 : M(Cu) = 63,5. Numéros atomiques : Cu : Z= 29 ; S : Z = 16 ; O : Z = 8 ; H : Z = 1. Constante d Avogadro : 6, mol -1 2 / 4

4 Exercice IV Données - Masses molaires (eng.mol -1 ) : H=1,0 ; O =16,0 ; C=12,0 ; Ca =40,1 et Mg=24,0 - Couple acide-base : et 2- IV.1. Une eau industrielle contient des ions carbonates CO 3 responsables de son alcalinité. La mesure du ph a donné : ph = 8,4. et hydrogénocarbonates HCO 3 -, IV.1.1. Tracer le diagramme de prédominance des espèces, et (CO 2 dissout dans l eau) en fonction du ph. IV.1.2. Parmi ces espèces, laquelle prédomine dans l eau analysée? Justifier. IV.2. On dose un volume V = 50,0 ml de cette eau industrielle par une solution d acide chlorhydrique (acide fort) de concentration molaire C A =0,020 mol.l -1. La courbe du dosage phmétrique est donnée en annexe à rendre avec la copie. IV.2.1. Quel est le ph de la solution titrante d acide chlorhydrique? IV.2.2. Ecrire l équation de la réaction de dosage. IV.2.3. Déterminer l équivalence E par construction graphique à faire apparaître sur le graphe en annexe à rendre avec la copie. IV.2.4. Retrouver graphiquement sur le document en précisant la méthode utilisée la valeur d un des pk a donnés. IV.2.5. Calculer en mol.l -1 la concentration molaire C des ions hydrogénocarbonates de l eau analysée puis leur concentration massique C m en g.l -1. Exercice V Les alcools sont largement utilisés comme intermédiaire de synthèse (industrie des polymères, industrie pharmaceutique ). Ils sont employés aussi comme solvants dans l industrie et dans la vie courante, les alcools présentent une toxicité connue aujourd hui, ce qui entraîne des précautions particulières d utilisation. V.1. La molécule A. V.1.1. Citer le nom du groupe caractéristique présent dans cette molécule. V.1.2. Nommer cette molécule en nomenclature systématique. V.1.3. Donner les représentations de Cram des deux isomères optiques de A. Quel nom donne-t-on à la relation d isomérie liant les deux isomères optiques? V.1.4. Donner la configuration absolue de l atome de carbone asymétrique dans chaque isomère optique en précisant les règles utilisées. V.2. Réaction d oxydoréduction 3 / 4

5 Le composé B obtenu est une cétone. V.2.1. Donner le nom et la formule semi-développé de B. V.2.2. Ecrire les demi-équations électroniques mises en jeu dans la réaction (1) sachant que les deux couples d oxydoréduction mis en jeu sont C 4 H 8 O/C 4 H 10 O et. V.2.3. En déduire l équation de la réaction d oxydoréduction mise en jeu. V.3. Effet du chauffage en milieu d acide V.3.1. D après le bilan, à quelle famille de réaction s apparente la réaction ci-dessus? Est-ce une addition, une substitution ou une élimination? V.3.2. La réaction conduit au composé C, présent sous forme de deux isomères de position notés C 1 et C 2. Donner les formules semi-développées et nommer C 1 et C 2. V.3.3. Parmi ces deux isomères, quel est celui qui se forme majoritairement? Justifier la réponse. 4/4

6 ANNEXE A RENDRE AVEC LA COPIE Cadre réservé à l administration

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