Examen en chimie générale II (CHICO 1160B), septembre Partie A : Introduction à la chimie inorganique

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1 Examen en chimie générale II (CHICO 1160B), septembre 2006 Partie A : Introduction à la chimie inorganique Svp, veuillez utiliser ces feuilles d examen pour répondre aux questions. Vous pouvez employer des feuilles numérotées additionnelles si nécessaire en indiquant votre nom sur chaque feuille. L utilisation d une calculatrice et de modèles moléculaires est autorisée. Aucun autre document (papier, électronique) n est permis. Veuillez rendre toutes les feuilles d examen et les feuilles additionnelles avant de quitter la salle. A.1. Les roches calcaires sont des plantes mortes fossilisées. Les étapes principales de la transformation sont résumées par des réactions suivantes : i) CH 2 O CO 2 ii) CO 2 H 2 CO 3 iii) H 2 CO 3 CO 3 2- iv) CO 3 2- CaCO 3 a) (4 points) Compléter et équilibrer ces réactions. Indiquer s il s agit d une réaction acide-base, d une réaction de précipitation, d une réaction redox ou d une autre. b) (4 points) Expliquer par quelques mots clefs ou par une seule phrase la signification de chaque réaction. Page A.1 de A.7

2 A.1. Continuation. c) (1 point) Quels objets du quotidien contiennent du calcaire : Une pièce de craie, le verre de fenêtre, une tasse en porcelaine et/ou une statue en marbre. d) (1 point) Les roches calcaires les plus proches de Genève, où se trouvent-elles? Page A.2 de A.7

3 A.2. Le sel MgF 2 est un sel faiblement soluble. L équilibre de dissolution est MgF 2 Mg F Le produit de solubilité est K s = M 3. Calculer les concentrations (en mol/l) de l ion Mg 2+ et de l ion F dans les solutions suivantes. a) (4 points) L eau distillée saturée par MgF 2. b) (4 points) Une solution de MgCl M saturée par MgF 2. c) (2 points) Nommer les éléments Mg et F. Est-ce qu il y a parmi eux un métal alcalin, un métal alcalinoterreux, un métal de transition ou un halogène? Page A.3 de A.7

4 A 3. Discuter la cellule électrochimique suivante : Pb PbSO 4 Na 2 SO M AgNO M Ag Les potentiels rédox standards sont : PbSO e 2 Pb + SO 4 E 0 = 0.13 V Ag + + e Ag E 0 = V a) (4 points) A l aide de l équation Nernst calculer le potentiel de l électrode de Ag par rapport à l électrode de Pb (terre, ΔE = V). b) (4 points) Les deux électrodes sont connectées par un fil électrique. Donner la direction de chaque demi-réaction. Quelle électrode est l anode? La concentration de Ag + est-ce qu elle augmente ou diminue pendant la réaction? c) (2 points) Nommer les sels PbSO 4, Na 2 SO 4 et AgNO 3. Page A.4 de A.7

5 A4. Les deux oxo-acides importants de l azote sont HNO 3 et HNO 2. Ils dissocient selon les réactions : HNO 3 + H 2 O NO 3 HNO 2 + H 2 O NO 2 + H 3 O + pk a = H 3 O + pk a = Dans l eau, HNO 3 se comporte comme un acide fort et HNO 2 comme un acide faible. a) (3 points) Calculer le ph de HNO M b) (3 points) Calculer le ph de HNO M c) (2 points) A partir de la structure moléculaire, expliquer pourquoi HNO 3 est un acide plus fort que HNO 2. d) (1 points) Nommer les acides HNO 3 et HNO 2 e) (1 point) Nommer les ions NO 3 et NO 2. Page A.5 de A.7

6 A.5. Un échantillon d un agent de blanchissement, ou la substance active est l ion OCl, est analysé par titrage iodométrique. Un échantillon de 15 ml de l inconnu est transféré dans une solution acidifiée de KI d une concentration suffisamment élevée. Dans ce mélange, l ion OCl est complètement réduit en Cl et en même temps I 2 se forme d une manière quantitative à partir de I. Puis, la concentration d iode est déterminée par un titrage avec une solution de thiosulfate Na 2 S 2 O M et on a besoin de 32.3 ml jusqu au point d équivalence. Pendant ce titrage le thiosulfate S 2 O 3 2 réduit le I 2 en I, et en même temps forme des ions de tetrathionate S 4 O 6 2. a) (3 points) Equilibrer les deux réactions correspondantes en milieu acide : ClO + I I 2 + Cl S 2 O I 2 I + S 4 O 6 2 Dans chaque réaction, indiquer l oxydant et le réducteur. b) (5 points) Calculer la concentration massique de OCl dans l échantillon en g/l. La masse atomique de l oxygène et du chlorure sont 16.0 g/mol et 35.5 g/mol. c) (2 points) Nommer les ions OCl et Cl et donner le degré d oxydation du chlore pour chacun de ces ions. Page A.6 de A.7

7 A6. Selon les proportions, les gaz chlore Cl 2 et le fluor F 2 peuvent former des molécules ClF 3 ou ClF 5. a) (2 points) Donner les deux réactions équilibrées. b) (3 points) Dessiner les formules Lewis pour les deux molécules ClF 3 ou ClF 5. c) (3 points) Dessiner et décrire la géométrie de chaque molécule. c) (2 points) Donner les degrés d oxydations du chlore et du fluor dans chaque molécule. Page A.7 de A.7

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9 Examen en chimie générale II (CHICO 1160B), juin 2006 Partie A : Introduction à la chimie inorganique Svp, veuillez utiliser ces feuilles d examen pour répondre aux questions. Vous pouvez employer des feuilles numérotées additionnelles si nécessaire en indiquant votre nom sur chaque feuille. L utilisation d une calculatrice et de modèles moléculaires est autorisée. Aucun autre document (papier, électronique) n est permis. Veuillez rendre toutes les feuilles d examen et les feuilles additionnelles avant quitter la salle. A.1. Un échantillon de 50 ml d une solution du Fe 2+ est acidifié par l acide sulfurique et titré avec 29.0 ml d une solution de 0.01 M K 2 Cr 2 O 7 jusqu au point d équivalence. Pendant la réaction, Fe 2+ est transformé en Fe 3+, et Cr 2 O 7 2 en Cr 3+. a) (4 points) Formuler les deux semi-réactions et la réaction d oxydoréduction équilibrée. Indiquer les semi-réactions d oxydation et de réduction. Dans la réaction d oxydoréduction, indiquer l oxydant et le réducteur. b) (6 points) Calculer la concentration massique de Fe 2+ dans la solution d échantillon en mg/l. La masse atomique de fer est de 55.8 g/mol. Page A.1 de A.6

10 A. 2. Le soufre réagit avec l oxygène et, en fonction des conditions de la réaction, deux types de molécules se forment : SO 2 et SO 3. a) (1 point) Nommer les deux composés SO 2 et SO 3. b) (2 points) Déterminer les degrés d oxydation de tous les atomes. c) (3 points) Formuler les réactions de chaque composé avec l eau et nommer les produits. Dans l industrie chimie, quel produit est le plus important et pourquoi? d) (4 points) Formuler les réactions acido-basiques de ces produits. Comparer les forces des acides ou des bases présentes et expliquer le raisonnement. Page A.2 de A.6

11 A. 3. Le strontium, Sr, est un métal acalino-terreux assez réactif. Il est synthétisé par l électrolyse SrF 2 fondu. On utilise deux électrodes inertes et une source de tension extérieure de 5 V. Le métal se forme sur une des deux électrodes et, sur l autre, un gaz s échappe. a) (1 point) Nommer le composé SrF 2. b) (3 points) Donner un schéma de la cellule d électrolyse et formuler les demiréactions équilibrées pour chaque électrode en indiquant clairement la direction de la réaction. Nommer le gaz qui s échappe. Identifier l anode et la cathode. c) (2 points) L alimentation électrique utilisée a deux pôles, qui sont indiqués avec et +. Quel est le pôle relié à l électrode où il y a la formation du strontium? d) (3 points) La cellule a fonctionné pendant 3 heures et 45 minutes à un courant constant de 10 A. Combien de grammes de strontium a-t-on pu synthétiser? La masse atomique de strontium est de 87.6 g/mol et la constante de Faraday est F = C/mol. e) (1 point) Le strontium réagit très violemment avec l eau. Formuler la réaction équilibrée. Page A.3 de A.6

12 A. 4. Un tampon de carbonate de ph 9.7, d une concentration totale en carbonate de 0.2 M, est préparé à partir des sels KHCO 3 et K 2 CO 3. La réaction acido-basique à considérer est : La constante d acidité est HCO 3 + H 2 O CO H 3 O + [CO 3 2 ] [H 3 O + ] [HCO 3 ] = K a = M a) (6 points) Calculer les masses de sels secs KHCO 3 et K 2 CO 3 nécessaires pour préparer 250 ml du tampon. Dans le calcul, négliger le fait que HCO 3 peut aussi réagir comme une base et former de l acide carbonique. Les masses atomiques nécessaires sont : H 1.0 g/mol, C 12.0 g/mol, O 16 g/mol et K 39.1 g/mol. b) (1 point) Donner les noms chimiques des sels KHCO 3 et K 2 CO 3. c) (3 points) Dessiner la structure Lewis d ion CO 3 2 en indiquant tous les électrons de valence et les charges. Les trois oxygènes sont-ils équivalents? Quelle est la géométrie de cet ion? Est-il planaire ou pyramidal? Page A.4 de A.6

13 A5. Une cellule électrochimique consiste en une électrode de Cu métallique immergée dans une solution de CuSO M et d une autre électrode de platine immergée dans une solution de CeCl M et CeCl M. Les deux électrodes sont reliées par un pont d électrolyte. Le schéma de la cellule électrochimique est Cu CuSO M CeCl M et CeCl M Pt a) (5 points) Calculez le potentiel de l électrode de Pt par rapport à l électrode de Cu (terre) en utilisant l équation de Nernst (ΔE = 59 mv). Les demi-réactions sont : Ce 4+ + e Ce 3+ E 0 = V Cu e Cu E 0 = V b) (4 points) Les électrodes sont reliées avec un fil électrique (cellule galvanique). Quelle électrode est l anode et laquelle la cathode? Écrire la réaction redox complète. Est-ce c est que c est le Ce 4+ ou le Ce 3+, qui est d abord consommé par la réaction? c) (1 point) Nommer les éléments Cu et Ce. S agit-il de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux, de métaux de transition, de lanthanides ou d actinides? Page A.5 de A.6

14 A6. L acide cyanhydrique HCN est un acide faible et elle se dissocie selon la réaction HCN + H 2 O CN + H 3 O + La constante d acidité est [CN ] [H 3 O + ] [HCN] = K a = M L ion CN s appelle l ion cyanure et est stable dans l eau. Le produit ionique d eau est [OH ] [H 3 O + ] = K e = M 2. a) (6 points) Calculer le ph d une solution de cyanure de sodium 0.2 M. b) (2 points) Dessiner la formule de Lewis d ion CN en indiquant tous les électrons de valence. c) (2 points) L ion cyanure est extrêmement toxique pour les hommes et les animaux. Il bloque les voies respiratoires d une manière très similaire au monoxyde de carbone. Expliquer pourquoi les voies respiratoires sont affectées et en quoi consiste la similarité au monoxyde de carbone. Page A.6 de A.6

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