Épreuve de CHIMIE Examen 1, Décembre 2016 Classe : 1SA 1SB Durée : 100 min

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1 Nom : N o : Épreuve de CHIMIE Examen 1, Décembre 2016 Classe : 1SA 1SB Durée : 100 min L usage d une calculatrice programmable est permis. Ce sujet comporte 5 pages numérotées de 1/5 à 5/5. La page 5 est une feuille annexe à rendre avec la copie Premier exercice (7,5 points) L'élément cuivre dans les pièces de monnaie La pièce de 10 centimes d euro est constituée d un alliage contenant 89 % de cuivre. Données : - M(Cu) = 63,5 g.mol -1 - M(CuSO 4,5H 2O) = 250 g.mol -1 Dans le but de vérifier le pourcentage massique en cuivre dans cette pièce de 10 centimes d euro, On procède de la façon suivante : 1 ère étape : Sous une hotte, dans un bécher, on place la pièce de monnaie et on ajoute de l acide nitrique concentré en excès. On observe au cours de cette transformation totale, une effervescence et l apparition d une teinte bleu foncé due à la formation d ions cuivre (II) Cu 2+. L équation de la réaction est la suivante: 2NO 3 (aq) + 3Cu(s) + 8H3O+ (aq) 2NO (g) + 3Cu 2+ (aq) + 12H 2O (l) 2 ème étape : A la fin du dégagement gazeux, on verse le contenu du bécher dans une fiole jaugée de 1,0 L et on complète jusqu au trait de jauge avec de l eau distillée en homogénéisant le mélange afin de réaliser la solution S. 3 ème étape : Pour déterminer la concentration de la solution (S) (obtenue dans la deuxième étape) en ion Cu 2+, on prépare différentes solutions de sulfate de cuivre et on mesure leur absorbance A à la longueur d onde λ = 810 nm. Solution S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 Concentration C (mol.l -1 ) 1,0 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x 10 2 A 1,26 1,02 0,76 0,52 0,24 1/5

2 1. Préparation de la solution S Calculer la masse de sulfate de cuivre pentahydraté qu il faut peser pour préparer un volume V 0 = 100 ml de la solution S Décrire le mode opératoire permettant de préparer la solution S A quoi est due la cohésion de ce solide? 1.4 A la fin de la préparation, on dit que les ions Cu 2+ (aq) sont solvatés. Faire un schéma à l appui. 2. Dosage spectrophotométrique 2.1 A l aide du spectre d absorption, d une solution de sulfate de cuivre, ci-dessous, justifier le choix de la longueur d onde retenue pour cette étude expérimentale. 2.2 Déterminer, d après la courbe d étalonnage A = f(c) donnée en annexe, la concentration molaire C S de la solution S sachant que l absorbance d un échantillon de cette solution S (à λ = 810 nm) vaut A S = 0, Pourcentage massique de cuivre 3.1 En utilisant le résultat de la question 2.2, calculer la quantité des ions Cu 2+ dans 1,0 L de la solution S. 3.2 Déduire la masse m(cu) de cuivre contenue dans la pièce de monnaie. 3.3 Calculer le pourcentage massique P exp du cuivre dans cette pièce de monnaie, sachant que sa masse m = 4,1 g 3.4 Lors d un contrôle de qualité, le produit est considéré comme satisfaisant si l incertitude relative entre la mesure effectuée et l indication du fabriquant est inférieure à 8%. Le résultat obtenu satisfait-il le critère de qualité énoncé ci-dessus? P exp Pth On rappelle l incertitude relative se calcule par la relation : P Deuxième exercice (7,5 points) La couleur des jeans La couleur bleu des jeans est due à un pigment appelé indigo. Le fait que l indigo soit insoluble dans l eau fait que, au lavage, il n est pas dissous et le vêtement conserve sa couleur. Cependant, en présence d eau de javel sa célèbre couleur bleu disparaît. th 2/5

3 La formule topologique de la molécule d indigo est : 1. Synthèse de l indigo Sous une hotte aspirante, introduire dans un erlenmeyer une masse m = 1,00 g de 2-nitrobenzaldéhyde avec 20 ml de propanone en excès et 30 ml d eau distillée. Mettre l erlenmeyer sous agitation magnétique pendant 5 min. La solution devient jaune. Tout en agitant, ajouter lentement un volume V = 5,0 ml de soude de concentration molaire en soluté apporté C = 2,0 mol.l -1. Il apparait un précipité bleu d indigo de masse m exp = 0,80 g. La réaction de synthèse de l indigo est modélisée par l équation chimique suivante : 2 C 7H 5NO 3(s) + 2 C 3H 6O (l) + 2 HO (aq) C 16H 10N 2O 2(s) + 2 C 2H 3O 2 (aq) + 4 H2O(l) Données Espèces chimiques Formule brute Masses molaires (g.mol -1 ) 2-nitrobenzaldéhyde C 7H 5NO Propanone C 3H 6O 58 Hydroxyde de sodium (Soude) NaOH 40 Indigo C 16H 10N 2O Calculer les quantités de matières initiales de 2-nitrobenzaldéhyde et de la soude (sachant que la propanone est introduite en excès). 1.2 Déterminer la masse maximale d indigo m max qu on peut obtenir. m 1.3 Déduire le rendement de cette synthèse, sachant que le rendement R = exp x100 m 2. Préparation de la solution d eau de Javel L eau de Javel est une solution liquide fréquemment utilisée comme désinfectant et comme décolorant. L eau de Javel peut être obtenue en dissolvant du dichlore gazeux dans une solution aqueuse d hydroxyde de sodium. La concentration d une eau de Javel est définie par le degré chlorométrique ( Chl). Il correspond au volume (en L) de dichlore gazeux, mesuré dans les conditions normales de température et de pression, qu il faudrait utiliser pour préparer 1,00 L de cette eau de Javel selon l équation donnée ci-haut. Dans ces conditions, le volume molaire vaut 22,4 L.mol -1. Montrer que le nombre de mol de dichlore nécessaire pour préparer 200 ml d eau de Javel à 12 Chl est égal à 0,11 mol. max 3/5

4 3. Réaction de l indigo avec l eau de Javel L eau de Javel réagit avec l indigo et donne la molécule dont la formule développée est représentée ci-contre. Expliquer pourquoi les jeans perdent leur couleur bleu en présence d eau de Javel. Troisième exercice (5 points) Un produit ménager L ammoniac NH 3, est un gaz qui, dissous dans l eau donne une solution d ammoniaque. Ces solutions, après dilution, sont utilisées comme produit nettoyant et détachant. On se propose d étudier quelques propriétés de l ammoniac dissous, puis de diluer une solution commerciale d ammoniaque. Données : - L atome d azote possède 5 électrons de valence. - L azote est plus électronégatif que l hydrogène. - L eau est un solvant polaire. 1. Dilution d une solution commerciale d ammoniaque On dispose d une solution commerciale d ammoniaque de concentration molaire en ammoniac apporté C 0. Celle-ci étant très concentrée, on fabrique, par dilution, une solution S 1 de concentration C 1 mille fois plus petite. Parmi les lots de verrerie proposés, choisir, en justifiant, celui que l on doit utiliser pour réaliser au mieux cette dilution. Lot 1 Lot 2 Lot 3 Lot 4 Pipette graduée 10 ml Pipette jaugée 1 ml Pipette jaugée 1 ml Bécher 100 ml Pipette jaugée 10 ml 2. Etude de la molécule d ammoniac L ammoniac est un gaz de formule NH 3, par dissolution de ce gaz dans l eau on obtient une solution d ammoniaque. Sa solubilité dans l eau à 20 C est s = 529 g/l. 2.1 Ecrire la représentation de Lewis de la molécule d ammoniac. 2.2 Préciser la géométrie de cette molécule. 2.3 Etudier la polarité de cette molécule. 2.4 Justifier, au niveau microscopique, la grande solubilité de l ammoniac dans l eau. Schéma à l appui. 4/5

5 Feuille annexe Nom : Classe : Premier exercice Courbe d étalonnage A = f(c) 5/5

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