OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2012

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1 OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2012 CONCOURS REGIONAL DE L'ACADEMIE D'ORLEANS-TOURS Durée de l'épreuve : 1 Heure L'épreuve comprend des questions qui sont réparties en trois types, des questions type QCM à réponse unique, type QCM à réponses multiples et des questions ouvertes. Aucune rature n'est autorisée : ceci entraînera un zéro pour la question. Pour chaque question type QCM, faire une croix dans la (ou les) case(s) correspondant à la (ou aux) bonne(s) réponse(s). Pour chaque question ouverte la réponse est à indiquer directement sur le document. Le barème est indiqué après chaque question (chiffre entre parenthèse). Il est indispensable d'écrire à l'encre. Deux feuilles de brouillon sont fournies avec le sujet. L'utilisation des machines à calculer est autorisée. Données 1 TH correspond à une concentration totale en ions calcium et magnésium égale à 0,1 mmol.l -1. Masses molaires atomiques M(Ca) = 40,1 g.mol -1 et M(Mg) = 24,3 g.mol -1 M(O) = 16,0 g.mol -1 et M(H) = 1,0 g.mol -1 Numéro atomique Z : Z(H) = 1, Z(O) = 8 Constante d Avogadro : Na = 6, mol -1 Avant de commencer l'épreuve, remplissez la fiche d'identification, ainsi que vos nom et prénom sur chaque feuille du questionnaire

2 OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2012 CONCOURS REGIONAL DE L'ACADEMIE D'ORLEANS-TOURS FICHE D IDENTIFICATION Nom : Prénom : Etablissement : Ville : Code postal : Classe : Adresse personnelle : N de téléphone personnel : Adresse

3 L EAU DU ROBINET L eau du robinet peut être plus ou moins dure selon les régions. Les ions responsables de la dureté d une eau sont les ions calcium et magnésium. 1 A quelle famille d éléments chimiques appartiennent les éléments calcium et magnésium?(1) 2 Donner la formule des ions calcium et magnésium.(1) Pour doser la quantité d ions calcium et magnésium présents dans une eau, on utilise l EDTA comme réactif titrant (voir formule ci-après). 3 Donner la formule brute de l EDTA.(1) 4 Quels groupes caractéristiques sont présents dans la molécule d EDTA?(2) amide amine hydroxyle carbonyle carboxyle ester phénol 5 Que signifie le sigle EDTA?(1) 6 - Le dosage est réalisé en milieu tamponné. Qu est-ce que cela signifie?(1) Le ph du mélange reste constant au cours du dosage Un indicateur coloré a été rajouté au mélange Le ph du milieu varie peu lors de l addition modérée d un acide ou d une base forte Le ph du milieu est constamment égal à 7-3 -

4 Pour caractériser la dureté d une eau, on utilise le degré hydrotimétrique, noté TH (voir données) On utilise généralement la classification suivante : TH 0 à 5 5 à à à 35 > 35 Eau très douce douce moyennement dure dure très dure 7 Le dosage de 50 ml d eau du robinet par l EDTA a permis de déterminer que la quantité de matière totale des ions calcium et magnésium était égale à 1,6x10-4 mol. En utilisant la classification précédente, indiquer le terme à employer pour caractériser la dureté de cette eau. Détailler les calculs.(2) 8 - La présence des ions magnésium et calcium en trop grande quantité dans l'eau courante peut entraîner des problèmes de dépôts solides de tartre. Donner la formule d un composé solide présent dans le tartre.(1) 9 - Quelle est la concentration massique maximale en ions nitrate admise pour que l eau du robinet soit considérée comme potable? (1) 0,05 mg.l 1 0,5 mg.l 1 5 mg.l 1 50 mg.l 1 EAUX EN BOUTEILLE 10 Vrai ou Faux? (3) Une eau minérale naturelle peut être utilisée à des fins thérapeutiques. Une eau minérale naturelle a subi des traitements pour ajuster la concentration massique de certains ions. La composition d une eau de source peut varier. Une eau minérale peut ne pas être potable selon les critères de potabilité définis pour l eau du robinet. Une eau gazeuse contient du monoxyde de carbone. Une eau gazeuse est légèrement acide VRAI FAUX 11 Quel pourcentage en masse représente en moyenne l eau dans le corps d un homme adulte? (1) 30% 45% 65% 75% 90% - 4 -

5 12- Une eau minérale riche en ions hydrogénocarbonate HCO 3 - est recommandée après un repas copieux afin de neutraliser les acidités gastriques. L ion hydrogénocarbonate est un ampholyte : indiquer les deux couples acide/base auxquels il appartient. (2) 13 Une eau minérale contient 78 mg.l -1 d ions calcium et 24 mg.l -1 d ions magnésium. Calculer son degré hydrotimétrique en utilisant les différentes données. (2) 14 Théoriquement, à part des molécules d eau, quelles espèces chimiques peut contenir l eau distillée? (1) 15 Ecrire l équation de la réaction conduisant à la formation de ces espèces chimiques. Quel nom donne-ton à cette réaction? (2) - 5 -

6 L EAU DANS TOUS SES ÉTATS Un diagramme de phase simplifié permet de représenter les domaines de stabilité des différents états de l'eau Compléter le tableau suivant en indiquant pour chaque domaine du diagramme, l état sous lequel se trouve l eau. (2) domaines D1 D2 D3 D4 états 17 - Comment nomme-t-on le point du diagramme signalé par la flèche? (1) 18 - Quelle est, précisément, la température en degrés Celsius correspondant à ce point? (1) Remarque : La pression correspondant à ce point est de 612 pascals Compléter le tableau suivant en nommant les changements d état manquants. (3) Changements d état gaz solide Noms condensation solide gaz gaz liquide liquide gaz - 6 -

7 STRUCTURE DE LA MOLÉCULE D'EAU 20 Quel est le scientifique dont le nom est associé à la théorie VSEPR (Valence Shell Electronic Pairs Repulsion) qui permet de prédire la géométrie des molécules? (1) Johannes BRÖNSTED Ronald GILLESPIE Linus PAULING Ernest RUTHERFORD 21 Quel est le nombre d électrons de valence dans une molécule d eau? (1) 22 Dessiner le schéma de Lewis d une molécule d eau. (1) Ne pas oublier d y figurer les doublets électroniques non liants. 23 Quel est l angle entre les deux liaisons O H? (1) ,5 109, Quelle est la longueur des deux liaisons O H? (1) 96 pm 109 pm 120 pm 150 pm 25 Expliquer pourquoi les deux liaisons O H sont polarisées. (1) 26 Toutes les molécules d eau ont-elles la même masse? Si non, pourquoi? (1) 27 - Quelle est la masse d'une des molécules d'eau les plus abondantes naturellement? (1) 1, g 3, g 18 g 1000 g - 7 -

8 L EAU EN CHIMIE ORGANIQUE 28 - Parmi les molécules suivantes entourer celles qui sont très solubles dans l eau à température ambiante (3) 29 - Compléter la réaction suivante (1) - Na Citer deux avantages et deux inconvénients de l eau en temps que solvant en synthèse organique. (2) Avantages Inconvénients 31 - Quel est le nom de la réaction suivante (1) Hydrolyse Hydratation Hydrogénation Hydroxylation CONFERENCE EAUX SOUTERRAINES = 32 - Les temps de séjour d une eau souterraine peuvent être très variables d une nappe à une autre. Ils peuvent être de quelques jours, voire quelques décennies ou quelques milliers d années. Pour les estimer on utilise plusieurs méthodes. Identifier parmi les quatre citées celle qui n est pas évoquée dans la conférence : (1) A Traçage artificiel (à l aide d un colorant) B Dosage des PCB (polychlorobiphényles) C Dosage des CFC (chlorofluorocarbones) D Traçage radioactif (à l aide de tritium, de carbone 14 ou de chlore 36) - 8 -

9 33 - Deux ions majeurs sont retrouvés dans les eaux souterraines, quels sont-ils? (1) A Chlorures et sulfates B Hydrogénocarbonates et chlorures C - Hydrogénocarbonates et sulfates D Sodium et nitrates 34 Les besoins fondamentaux en eau domestique conseillés par jour et par habitant sont de? (1) A - 10 L B 20 L C 50 L D 100 L 35 Quelle quantité de cette eau doit impérativement être potable? (1) A 2 L B 5 L C 15 L D 20 L 36 Quelle quantité d eau est nécessaire pour fabriquer 1kg d acier? (1) A 50 L B 100 L C 150 L D 200 L 37 Par rapport à l ensemble de l eau douce sur la Terre, quel est le pourcentage des eaux douces souterraines? (1) A 10 % B 20 % C 30 % D 40 % - 9 -

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