Correction de l épreuve de chimie filière TSI concours CCP session 2012 EL FILALI SAID CPGE BENI MELLAL MAROC = elfillisid@yhoo.fr = QUELQUES ASPECTS DE LA CHIMIE DU CHLORURE D HYDROGÈNE Prtie I : Autour de l élément chlore I.1 Configurtion électronique : Z(Cl) = 17 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Puisque les électrons de vlence sont les électrons des sous couches externes lors ils sont :3s 2 3p 5 : 7 électrons de vlence. I.2 le chlore tend à remplir l sous couche 3p, donc ccepte un électron et devient Cl. I.3 Schém de Lewis : HCl : on N d = 1 (1+7) = 4 c est à dire l molécule possède 4 doublets(lints 2 et non lints) pr conséquent H Cl b ClO : on N d = 1 (7+6+1) = 7 c est à dire l ion possède 7 doublets(lints et 2 non lints) et puisque l oxygène est plus électronégtif que le chlore lors : Cl O Prtie II : L solution commercile d cide chlorhydrique Ø ÖÆÑ ÆÒ Ø Ó Ò Ð Ó Ñ Ô Ó«Ø Ó Ò Ð Ó Ð Ù Ø Ó Ò Ó ÑÆÑ Ö Ð Ô Ö Ø Ö Ð Ó Ò ¹ Ò Ð Ø Õ Ù Ø Ø º II.4 Détermintion de l msse minimle de chlorure d hydrogène dissoute On : ρ = m(h 2O)+m(HCl) = m(hcl) = ρv m(h V 2 O) : m(hcl) = 150 g Mi 2012 Pge -1/ 8- elfillisid@yhoo.fr
II.5 L réction chimique : HCl+H 2 O H 3 O + +Cl b l espèce chimique cide est : H 3 O + II.6 L concentrtion molire : [H 3 O + ] = m(hcl) M(HCl)V GGGGGGGGGGA [H 3 O + ] min = 4,11 mol.l 1 Ó«Ð Ó Ð Ù Ø Ó Ò Ó ÑÆÑ Ö Ð Ô Ö Ù ÆÚ Ó Ð Ó Ö ÆÑ Ø Ö Õ Ù º II.7 L éqution de l réction de dosge L constnte d équilibre à 298 K. K A = H 3 O + +OH 2H 2 O 1 [H 3 O + ][OH ] = 1 GGGGGGGGGGA K A = 10 14 K e Cette réction est une réction de dosge puisque : - Cinétiquement rpide (vérifiée) - Thermodynmiquement totle (K 1) II.8 b Puisque on dosge d un cide fort pr une bse forte lors [H 3 O + ] = [OH ] = K e = ph(e) = 7 L indicteur coloré convenble est le Bleu de bromothymol (BBT) puisque l vleur du ph à l équivlence pprtient à s zone de virge [6,0 7,6] Ó«Ð Ó Ð Ù Ø Ó Ò Ó ÑÆÑ Ö Ð Ù ÆÚ Ô Ö ph¹ Ñ Ø Ö º II.9 Tbleu d vncement : H 3 O + + OH H 2 O V b = 0 C o V o ε 0 < V b < V e C o V o C b V b ε [H 3 O + ] = C ov o C b V b V o +V b Mi 2012 Pge -2/ 8- elfillisid@yhoo.fr
II.10 L expression littérle : En utilisnt l reltion d équivlence C o V o = C b V beq on trouve [H 3 O + ] = C b(v beq V b ) V o +V b II.11 D près l reltion précédente F(V b ) = [H 3 O + ](V o +V b ) = C b (V beq V b ) b L forme de l courbe représentnt l fonction F(V b ) : C est une droite de pente négtive ( C b ) et qui coupe l xe des bscisses en V b = V beq c Pour obtenir le volume équivlent V beq il fut projeté ldroite jusqu àl xe des bscisses; l intersection donne V beq II.12 Le volume équivlent V beq = 16,0 ml II.13 Détermintion de l concentrtion molire C o : D près l reltion d équivlence on tire que II.14 II.15 solution : Le pourcentge mssique de chlorure d hydrogène dissous dns l solution : II.16 C o = C bv beq V o GGGGGGGGGGA C o = 16.10 3 mol.l 1 L concentrtion molire C com de l solution commercile C com = 500C o GGGGGGGGGGA C com = 8 mol.l 1 Détermintion de l msse de chlorure d hydrogène dissous dns 1L de l m(hcl) = C com M(HCl)V L informtion n est ps correcte. GGGGGGGGGGA m(hcl) = 292 g P = 292 100 1150 GGGGGGGGGGA P = 25, 34% Mi 2012 Pge -3/ 8- elfillisid@yhoo.fr
PrtieIII : Mélnge de deux produits : une solution A Ø Ù Ù Ñ Ð ÆÒ commercile d cide chlorhydrique vec l eu de jvel III.17 Les espèces chimiques uxquelles correspondent les domines : Cl Cl 2 HClO ClO n.o -I 0 +I +I C B A D III.18 L vleur du pk du couple cido-bsique HClO H + +ClO Ce qui donne que ph = pk +log [ClO ] [HClO] à l frontière [ClO ] = [HClO] ce qui donne que pk = ph f = 7,5 C est l vleur donné pr les tbleux de vleurs. b Digrmme de prédominnce : c HClO 7,5 ClO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 III.19 l espèce prédominnte en milieu cide est HClO L évolution du mélnge en milieu fortement cide (ph < 2, 5) A+C B b des deux demi-équtions électroniques : A/B :2HClO+2H + +2e Cl 2 +2H 2 O B/C :Cl 2 +2e 2Cl L éqution de l réction entre les espèces A et C en milieu très cide. 2HClO+2H + +2Cl 2Cl 2 +2H 2 O ph Mi 2012 Pge -4/ 8- elfillisid@yhoo.fr
c Le nom de l réction mise en jeu entre les espèces A et C : Réction de rétrodismuttion ou médimuttion( c est l réction inverse de l dismuttion) L constnte d équilibre à 298 K : K = 10 2 0,06 (1,6 1,39) = 10 7 III.20 On : Cl 2q Cl 2g l formtion du dichlore gzeux ce qui provoque l pollution de l ir (origine des rmes chimiques) B Å Ô Ö Ó Ø Ð Ø Ù Ô Ö Ò Ø Ô Ó Ù Ö Ð Ó«³ ÙÆÒ Ù ÆÒ III.21 L éqution de réction de dosge : I 2 +2S 2 O3 2 S 4 O6 2 +2I III.22 L quntité de mtière de I 2(q) formé à l fin de l 2 ème étpe. n(i 2 ) = n(s 2 O2 3 ) 2 = n(i 2 ) = C 3V 3 2 GGGGGGGGGGA n(i 2 ) = 27,5.10 5 mol III.23 HCl jouté trnsforme ClO en HClO et pour un ph< 7,5 (milieu cide) HClO et I n ont ps un domine de prédominnce commun donc on réction entre HClO et I pour donner I 2 b L quntité de mtière d ions ClO présents dns l solution S 1 : n(clo ) = n(i 2 ) L concentrtion C com III.24 C com = 5 n(clo ) V 20 L quntité de mtière en Cl 2(q) n(cl 2(q) ) = n(clo ) = C com 0,1 GGGGGGGGGGA n(clo ) = 27,5.10 5 mol GGGGGGGGGGA C com = 6,9.10 2 mol.l 1 GGGGGGGGGGA n(cl 2(q) ) = 6,9.10 3 mol Mi 2012 Pge -5/ 8- elfillisid@yhoo.fr
b L teneur en chlore ctif de l solution commercile d eu de Dkin. m(cl 2(q) ) = n(cl 2(q) )M(Cl 2(q) ) GGGGGGGGGGA m(cl 2(q) ) = 0,5 g c L composition indiquée pr le fbriqunt est juste. IV.25 Clcul de : Prtie IV : Utilistion du chlorure d hydrogène en industrie pour l obtention du dichlore r G o 298 On : r G o 298 = 2[ f G o 298(H 2 O)+ f G o 298(Cl 2 )] [4 f G o 298(HCl)+2 f G o 298(O 2 )] r G o 298 = 76 kj.mol 1 r S o 298 On : r G o 298 = r H o 298 298 r S o 298 IV.26 Détermintion de r G o (T) r G o (T) = r H o 298 T r S o 298 IV.27 L constnte d équilibre à 773 K. K = exp( rg o (T) ) RT IV.28 Tbleu d vncement : GGGGGGGGGGA r S o 298 = 127,5 J.mol 1.K 1 GGGGGGGGGGA r G o (773) = 15,43 kj.mol 1 GGGGGGGGGGA K = 11, 03 4HCl + O 2 2H 2 O + 2Cl 2 t=0 n o n o 0 0 t n o (1 x) n o (1 x/4) n o x/2 n o x/2 Mi 2012 Pge -6/ 8- elfillisid@yhoo.fr
Remrquons que le nombre de mole totl est n T = n o (2 x/4) = n T = n o 8 x 4 IV.29 L expression de K o en fonction des pressions prtielles : K o = P2 H 2 O P2 Cl 2 P 4 HCl P O 2 P o Ce qui donne : b Schnt que : P HCl = n(hcl) P = P HCl = 4(1 x) n T 4 x P O 2 P H2 O = P Cl2 = 2x 4 x P O 2 On en déduit que P O2 = n(o 2 ) n T P = P = 8 x 4 x K o = x 4 16(1 x) 4 P O2 P o c L pression prtielle de l oxygène : IV.30 On : P O2 = P 1 = x 4 P o 16K o (1 x) 4 P = 8 x 4 x P O 2 = P O2 = P 2 = 1 x/4 2 x/4 P Ê Ö Ð Ú Ð Ù Ö Ð Ö Ø Ó Ò Ñ Ó Ð Ö x HCl Ð Õ Ù Ð Ö Tbleu des vleurs : Trcé de l courbe x 0,7 0,72 0,74 0,76 0,78 0,8 P 1 0,168 0,248 0,372 0,572 0,900 1,46 P 2 (P = 1br) 0,452 0,451 0,449 0,448 0,446 0,444 P 2 (P = 2br) 0,904 0,901 0,898 0,896 0,892 0,888 Mi 2012 Pge -7/ 8- elfillisid@yhoo.fr
P O 2 IV.31 L vleur de l frction molire x de HCl à l équilibre x(hcl) = 0,75 Un clcul numérique (Mple) donne x(hcl) = 0, 7489 IV.32 Pour P = 2 br,l nouvelle vleur de x est x(hcl) = 0,78 Un clcul numérique (Mple) donne x(hcl) = 0, 7798 Lorsque on ugmente l pression, l équilibre se déplce dns le sens ou on une diminution du nombre de mole gzeux ici le sens direct c est à dire d une ugmenttion de l vleur de x ce qui est conforme à l loi de modertion. Mi 2012 Pge -8/ 8- elfillisid@yhoo.fr