Collège des Saints-Cœurs Examen final Classe de 3 e Nombre de pages : 2. Chimie

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1 Collège des Saints-Cœurs Examen final 2008 S i o u f i Durée : 60 minutes Classe de 3 e Nombre de pages : 2 Chimie Premier exercice : Les nouveaux carburants (7 pts) Le pétrole est un combustible fossile et épuisable. On a songé depuis longtemps à fabriquer d autres carburants que l essence formée principalement de C 8 H 18. L éthanol obtenu par la fermentation du sucre (transformation du sucre par des micro-organismes) est utilisé dans certains pays avec succès. La combustion de l éthanol rejette moins de dioxyde de carbone ce qui permet de limiter l effet de serre. 1. La qualité de l essence, formée principalement d octane, se trouve améliorée par la présence d un autre alcane à chaîne ramifiée : le 2,2,4-triméthylpentane. a. Trouver la formule moléculaire de l octane et écrire sa formule semi-développée. b. Écrire la formule semi-développée du 2,2,4-triméthylpentane. c. Comparer ces deux alcanes. Que peut-on conclure? 2. Écrire la formule développée de l éthanol. Encadrer et nommer son groupe fonctionnel. À quelle famille appartient-il? 3. L éthanol peut être préparé par hydratation d un hydrocarbure A. a. Nommer l hydrocarbure A et écrire sa formule moléculaire. À quelle famille appartient-il? b. Écrire l équation de la réaction de préparation de l éthanol à partir de l hydrocarbure A en utilisant des formules semi-développées. c. L hydrocarbure A peut être polymérisé. Écrire, en formules semi-développées, l équation de polymérisation de A. Nommer le polymère obtenu. 4. Écrire l équation équilibrée de la réaction de combustion de l octane. 5. Donner deux avantages de l utilisation de l éthanol au lieu de l essence. Deuxième exercice : Le fonctionnement de la pile Chrome Platine (7 pts) On voudrait allumer une lampe à l aide d une pile Chrome Platine. 1. Énumérer le matériel nécessaire à la réalisation de cette pile. 2. Faire un schéma annoté de la pile Cr Pt dans laquelle la cathode est la lame de platine. Indiquer sur le schéma le sens du courant. 3. Écrire la demi-équation de la réaction qui a lieu au niveau de chaque électrode. 4. Déduire l équation-bilan de la réaction de fonctionnement de la pile. En utilisant les nombres d oxydation des deux éléments Chrome et Platine, montrer que c est une équation d oxydoréduction. 5. Donner la représentation schématique de cette pile. Remarque : Le symbole de l ion chrome est Cr 3+ et celui de l ion platine est Pt 2+. Page 1/2

2 Troisième exercice : Le danger des pluies acides (6 pts) La combustion des combustibles fossiles libère des oxydes de carbone, de soufre et d azote. Ces oxydes se transforment en présence de la vapeur d eau atmosphérique en acides comme l acide carbonique et l acide sulfurique : on parle alors de pluies acides. 1. L acide carbonique est formé de trois éléments chimiques : le carbone (C), l hydrogène (H) et l oxygène (O). Sachant que les numéros atomiques de ces trois éléments sont respectivement : Z(C) = 6, Z(H) = 1 et Z(O) = 8 : a. Écrire la configuration électronique de l atome de chacun des trois éléments. b. Donner la représentation de Lewis et la valence de chaque atome. c. Proposer la représentation de Lewis de la molécule d acide carbonique de formule H 2 CO 3. d. L acide carbonique est-il un acide carboxylique? Justifier la réponse. 2. Les pluies acides attaquent les roches calcaires riches en calcium (Ca). En réagissant avec l acide, l atome de calcium perd deux électrons et se transforme en ion Ca 2+ ayant 18 électrons dans son nuage électronique comme l atome d argon. a. Préciser le groupe chimique du calcium et retrouver son numéro atomique. b. Déterminer la masse molaire du calcium si 0,2 mole de calcium a une masse de 8 g. 3. Proposer deux solutions au problème des pluies acides. BON TRAVAIL! Page 2/2

3 Classe de 3 e Examen final 2008 Chimie Corrigé Premier exercice : Les nouveaux carburants 1. a. Formules moléculaire et semi-développée de l octane L octane est un alcane ayant 8 atomes de carbone dans sa molécule. Il répond donc à la formule générale C n H 2n+2. Alors sa formule moléculaire est C 8 H 18. Sa formule semi-développée est : CH 3 (CH 2 ) 6 CH 3. Barème b. Formule semi-développée du 2,2,4-triméthylpentane CH 3 CH 3 C CH 2 CH CH 3 CH 3 ou CH 3 CH CH 2 C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 c. Comparaison des deux alcanes et conclusion La formule moléculaire du 2,2,4-triméthylpentane est C 8 H 18. Donc ces deux alcanes ont la même formule moléculaire mais de différentes formules structurales. On peut conclure qu ils sont tous les deux isomères. 2. Formule développée et famille de l éthanol H H La formule développée de l éthanol est : H C C O H H H Le groupe fonctionnel de l éthanol est le groupement hydroxyle ( OH). Donc l éthanol appartient à la famille des alcools. 3. a. Nom, formule et famille de l hydrocarbure A L hydrocarbure A est l éthylène (ou éthène) de formule C 2 H 4. Il appartient à la famille des alcènes puisqu il répond à la formule générale C n H 2n. b. Équation de la réaction d hydratation de l éthylène CH 2 = CH 2 + H OH CH 3 CH 2 OH c. Équation de polymérisation de l éthylène n (CH 2 = CH 2 ) (CH 2 CH 2 ) n Le polymère obtenu est le polyéthylène. 4. Équation équilibrée de la réaction de combustion de l octane 2 C 8 H O 2 16 CO H 2 O 5. Avantages de l utilisation de l éthanol - L éthanol est produit par la fermentation du sucre, donc il est renouvelable tandis que l essence qui provient du pétrole ne l est pas (elle est épuisable). - La combustion de l éthanol rejette moins de dioxyde de carbone que celle de l essence, donc il est moins polluant. Deuxième exercice : Le fonctionnement de la pile Chrome Platine 1. Matériel nécessaire à la réalisation de la pile Cr Pt - Lame de chrome - Lame de platine - Deux béchers - Tube en U - Fils de connexion - Lampe - Solution riche en ions Cr 3+ - Solution riche en ions Pt 2+ - Solution saline 2. Schéma annoté de la pile (au verso) 3. Demi-équations électroniques Demi-équation à l anode : Cr Cr e - ou : 2 Cr 2 Cr e - Demi-équation à la cathode : Pt e - Pt ou : 3 Pt e - 3 Pt./..

4 2. Schéma annoté de la pile Cr Pt Corrigé I Lampe Barème Fils de connexion Lame de chrome (anode) Solution riche en ions Cr 3+ Pont salin Lame de platine (cathode) Solution riche en ions Pt 2+ 2 pts 4. Équation-bilan et nature de la réaction de fonctionnement de la pile Équation-bilan : 2 Cr + 3 Pt 2+ 2 Cr Pt n.o. : 0 +II +III 0 Au cours de cette réaction : - le n.o. du chrome a augmenté de 0 à +III : l atome Cr a donc été oxydé ; - le n.o. du platine a diminué de +II a 0 : l ion Pt 2+ a donc été réduit. Puisqu il y a eu simultanément oxydation d une espèce chimique et réduction d une autre durant la même réaction, on déduit que c est une réaction d oxydoréduction. ½ e - I 5. Représentation schématique de la pile Cr Pt : Cr/Cr 3+ Pt 2+ /Pt Troisième exercice : Le danger des pluies acides 1. a. Configurations électroniques des atomes Un atome étant électriquement neutre, le nombre de protons (p) ou numéro atomique est égal au nombre d électrons (e - ). Ainsi : - l atome de carbone a 6 p donc 6 e -, sa configuration électronique est : K 2 L 4 ; - l atome d hydrogène a 1 p donc 1 e -, sa configuration électronique est : K 1 ; - l atome doxygène a 8 p donc 8 e -, sa configuration électronique est : K 2 L 6. b. Représentation de Lewis et valence de chaque atome Dans la représentation de Lewis d un atome, le symbole de l élément est entouré du nombre d électrons périphériques de l atome. Les représentations de Lewis des trois atomes sont respectivement : C, H, O. La valence d un atome représente le nombre d électrons célibataires de cet atome. Ainsi, la valence de l atome de carbone est 4, celle de l atome d hydrogène est 1 et celle de l atome d oxygène est 2. c. Représentation de Lewis de la molécule d acide carbonique : H O C O H O d. Nature de l acide carbonique Les acides carboxyliques ont pour formule générale R COOH (R = un atome H ou un radical alkyle). Donc l acide carbonique n est pas un acide carboxylique : c est un acide minéral. 2. a. Groupe chimique et numéro atomique du calcium Puisque l ion calcium est bivalent, donc l atome de calcium neutre a 2 électrons sur son niveau périphérique. On déduit qu il appartient au groupe II. L atome Ca a 2 e - en plus que l ion Ca 2+, donc il a 20 e -. Puisqu il est électriquement neutre, il a aussi 20 p. Le numéro atomique du calcium, égal au nombre de protons, est alors : Z = 20. b. Masse molaire atomique du calcium La masse molaire atomique du calcium (M) est le quotient de la masse donnée (m) par la quantité de matière (n) : M = m / n = 8 / 0,2 = 40 g.mol Solutions au problème des pluies acides Il faudrait réduire les rejets de gaz acides en désulfurant les combustibles et en utilisant des pots catalytiques.

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