CHIMIE Durée 3 h Coefficient 4

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1 SPÉCIALITÉ : DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS Épreuve : PHYSIQUE - Les deux parties sont indépendantes. E (Ag + /Ag) = 0,80 V E (H + /H 2 ) = 0,00 V pka (CH 3 COOH/CH 3 COO - ) = 4,8 pka (HSO 4 /SO 4 2 ) = 1,9 Produit ionique de l eau Ke = 1, RT ln x = 0,06 lg x, en V. F OXYDO-REDUCTION ET PRÉCIPITATION Données, à 25 C 1. On désire déterminer le produit de solubilité du sulfate d argent Ag 2 SO 4 par potentiométrie. Pour cela, on construit la pile suivante : -demi-pile n 1 : électrode d argent plongeant dans 100 ml d une solution aqueuse saturée en sulfate d argent. -demi-pile n 2 : électrode de platine plongeant dans 100 ml d une solution d hydroxyde de sodium à 0,100 mol.l -1 et dans laquelle on fait barboter du dihydrogène sous une pression de 1,0 bar. On mesure la force électromotrice de la pile, E = 1,49 V Faire un schéma soigné et annoté de la pile. Sachant que la demi-pile n 1 est le pôle positif de la pile, préciser le sens de circulation du courant et des électrons quand la pile débite Étude de la demi-pile n 2 : Calculer le ph de la solution contenue dans la demi-pile n Donner l expression littérale du potentiel E 2 de la demi-pile n 2 en fonction de la concentration en ions H 3 O +, puis en fonction du ph Calculer le potentiel E Étude de la demi-pile n 1 : Calculer le potentiel E 1 de la demi-pile n Donner l expression littérale du potentiel E 1 dans la demi-pile n 1 en fonction de la concentration en ions Ag + en solution Calculer la concentration molaire en ions argent de la solution contenue dans la demi-pile n 1. B_G1-O6-01 1/5

2 SPÉCIALITÉ : DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS Épreuve : PHYSIQUE Mesure de Ks Définir le produit de solubilité Ks du sulfate d argent Calculer les concentrations molaires des ions Ag + et SO 4 2 en solution dans la demi-pile n 1. On justifiera que l on peut négliger le caractère basique des ions sulfate dans l eau en traçant sur un axe gradué en ph les domaines de prédominance des espèces du couple HSO 4 / SO En déduire la valeur du produit de solubilité du sulfate d argent. 2. Dans la demi-pile n 2, aux 100 ml de solution d hydroxyde de sodium à 0,100 mol.l -1 initialement présents, on ajoute 200 ml d acide éthanoïque à 0,100 mol.l Écrire l équation de la réaction acide-base qui se produit lors du mélange Exprimer la constante d équilibre K de cette réaction en fonction de K e et de K a, constante d acidité du couple CH 3 COOH/CH 3 COO. Calculer K. Conclure Calculer les quantités de matière des espèces chimiques CH 3 COOH et CH 3 COO dans le mélange Calculer le ph du mélange tampon ainsi obtenu. Rappeler la définition et les propriétés d un tel mélange. B_G1-O6-01 2/5

3 SPÉCIALITÉ : DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS Épreuve : PHYSIQUE - DATATION AU CARBONE 14 Le carbone (Z = 6) possède, entre autres, deux isotopes de nombre de masse 12 et Donner la composition de chacun des noyaux. 2. La réaction d'un neutron sur un noyau d'azote 14 7N donne naissance à du carbone 14 et à une autre particule X Écrire l'équation de cette réaction nucléaire en rappelant les lois de conservation Identifier la particule X. 3. Le carbone 14 est radioactif β de période T = 5570 ans Écrire l'équation de la réaction de désintégration du carbone 14 en précisant la nature de la particule β et en identifiant le noyau fils On appelle N le nombre de noyaux non désintégrés à l instant t, N 0 étant le nombre de noyaux initial, à l instant t = 0. Établir l expression littérale de la loi de décroissance radioactive N = N 0 e λt. ( λ est la constante radioactive) Donner la définition de la période T d un élément radioactif. Exprimer la période radioactive T en fonction de λ Le carbone 14 est assimilé comme le carbone 12 par les organismes vivants. Pendant toute leur vie, la proportion de carbone 14 reste constante. A leur mort, la quantité de carbone 14 décroît par radioactivité. Il est alors possible de déterminer la date de la mort en mesurant la quantité de carbone 14 restant dans l échantillon à étudier et en le comparant à la quantité de carbone 14 présent dans un échantillon de même nature, mais vivant. Dans un échantillon de bois ancien, mort, on constate que la teneur en carbone 14 est 8 fois plus faible que dans un échantillon de bois vivant de même masse. Déterminer l âge de ce morceau de bois. B_G1-O6-01 3/5

4 SPÉCIALITÉ : DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS Épreuve : PHYSIQUE - DÉRIVÉS DE L ÉTHYLÈNE 1. SYNTHÈSE D UN ALPHA-DIOL Un composé oxygéné B comportant deux fonctions alcool est constitué de 38,7 % de carbone, 51,6 % d oxygène ; sa masse molaire est 62 g.mol Déterminer sa formule brute On obtient ce diol en deux étapes à partir de l éthylène (ou éthène) selon le schéma : l action du dioxygène en présence d argent à 180 C produit un composé A. l hydrolyse en autoclave de A conduit au diol B. Écrire les deux équations bilans de cette synthèse et nommer les corps A et B. 1.3.Citer une application pratique du composé B. 2. SYNTHÈSE D UN POLYESTER, LE POLYÉTHYLÈNE TÉRÉPHTALATE (P.E.T.) Le P.E.T. est obtenu par réaction du composé B avec l acide benzène-1,4-dicarboxylique (acide téréphtalique), de formule : HOOC CO OH 2.1. Écrire l équation bilan de la réaction de polymérisation en faisant bien ressortir le motif du polymère ; préciser le type de la polymérisation mise en jeu Dans certaines conditions, on obtient un polymère de masse moléculaire molaire moyenne égale à 23,04 kg.mol -1 ; calculer dans ce cas l indice moyen de polymérisation de ce polymère Citer un usage courant de ce polymère. B_G1-O6-01 4/5

5 SPÉCIALITÉ : DE LABORATOIRE ET DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS Épreuve : PHYSIQUE - SYNTHÈSE D UN COLORANT AZOÏQUE On étudie la synthèse d un colorant azoïque : le rouge para, de formule : O 2 N N N HO On obtient ce composé à partir du benzène par la suite de réactions : (1) l action d un mélange sulfonitrique avec le benzène conduit à C. (2) la réduction de C par le dihydrogène produit D. (3) l action du chlorure d éthanoyle sur D, en l absence de catalyseur, donne le composé E. (4) la nitration de E produit F. (5) F est transformé en paranitroaniline G par hydrolyse basique. (6) G, traité par une solution aqueuse de nitrite de sodium, acidifiée à 0 C, donne H. (7) la copulation de H avec le napht-2-ol fournit le rouge para. napht-2-ol : OH 1. Écrire les équations bilans de ces réactions successives ; préciser le nom de la réaction (6). 2. Nommer les composés C, D, E. 3. Préciser les conditions opératoires des réactions (1) et (2). 4. Donner le mécanisme de la réaction (1). 5. Quelle est l utilité de la réaction (3)? B_G1-O6-01 5/5