Consignes pour la rentrée PCSI

Consignes pour la rentrée
PCSI
Rentrée 2016/2017
Félicitations pour votre admission au Lycée Joffre.Voici quelques conseils de vos
professeurs.
Calculatrice.
Chimie.
Dans les matières scientifiques, vous aurez besoin
d’une calculatrice graphique programmable. Profitez des vacances pour apprendre à vous en servir
dans les domaines suivants : programmation simple
(ex : résolution d’un polynôme de degré deux), régression linéaire, utilisation des différentes représentations graphiques.
Une calculatrice type collège est également nécessaire, à l’oral notamment.
Mathématiques.
E. Cabanillas, C. Le Goff et M. Pechaud
Le travail demandé se trouve à l’adresse suivante :
http://mpechaud.fr/preparation/
En attendant, bonnes vacances, et bienvenue début
Septembre en PCSI à Joffre.
Physique.
I. Ponsolle
J.-S. Warkocz
Dans le but de préparer la rentrée dans les meilleures conditions et vous guider dans vos révisions, il
vous est demandé de revoir des éléments de cours
et de vous exercer pendant les vacances. Le texte
que vous trouverez à la fin de ce document comprend des rappels de cours et quelques exercices.
Le texte de ce programme est donné à la fin de ce
document.
Le début du programme concerne :
• L’architecture de la matière ;
• La cinétique chimique (aspects expérimentaux et
microscopiques) ;
• La stéréochimie.
Il est bon de se familiariser à nouveau avec :
Revoir les programmes de 1ère et Terminale.
• La notion de transformation, de réaction chimique, d’équation-bilan ;
La première partie de l’année porte sur l’étude des
ondes : faire le bilan de vos connaissances sur le
sujet (ondes lumineuses, mécaniques, sonores…)
• Les propriétés de la réaction chimique (constante
d’équilibre, quotient de réaction) ;
Revoir les notions mathématiques utiles en Physique : dérivation, intégration, formules trigonométriques.
Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017
• Les bilans de matière ;
• Les méthodes expérimentales de suivi de réaction : titrages, UV, conductimétrie, pHmétrie.
1
Italien.
Mme N’Gatoum
Travail d’été : lire la presse italienne à haute
voix et écouter radio, vidéo et télévision si
possible.
Lire la presse
Quotidiens et hebdomadaires, de la majorité et de
l’opposition
www.repubblica.it, www.corriere.it,
www.lastampa.it, www.ilsole24ore,
www.ilgiornale.it, http://espresso.repubblica.it/,
www.ilfattoquotidiano.it
www.ansa.it (équivalent de l’AFP)
les dossiers du groupe Repubblica/Espresso,
Releinchieste : http://inchieste.repubblica.it/
Ecouter la radio, regarder des vidéos
Le site de RADIO 3 par exemple permet d’écouter
une revue de presse quotidienne à la page
http://www.radio.rai.it/radio3/primapagina/
ascolta_archivio.cfm
Si vous souhaitez approfondir certains sujets, vous
pouvez parcourir le site de la clé de langues ou y
écouter des documents
http://cle.ens-lyon.fr/italien/
Des sites comme youtube ou dailymotion regorgent
de vidéos en italien.
Anglais.
MM. Piquet & Alliès
Les épreuves écrites des concours n’ont pas grandchose de commun avec l’épreuve écrite d’anglais
au baccalauréat S. Suivant les concours, vous vous
verrez proposer, outre un sujet d’expression personnelle, du thème, de la version, un exercice de
contraction croisée, ou encore des questions sur un
texte.
Afin de réussir ces épreuves, il est indispensable
de :
• maîtriser la grammaire du cycle terminal du lycée ;
• apprendre autant de vocabulaire que possible (tenir un carnet de vocabulaire personnel). En effet,
si vous arrivez en CPGE avec un vocabulaire
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2
pauvre et une grammaire hésitante, vous devrez
fournir un très gros effort de mise à niveau, alors
que vous aurez besoin de toutes vos forces pour
« digérer » l’ensemble des cours auxquels vous
aurez le plaisir – et l’honneur – d’assister.
Espagnol LVA et LVB
Mme Santarossa
N’attendez pas la rentrée pour acheter des ouvrages
spécifiques. Les professeurs vous recommandent :
- Pour les Sup et Spé LVA : les épreuves des
concours sont soit une synthèse en espagnol pour
presque tous les concours, soit un texte
accompagné de deux questions + un thème pour
Mines-Ponts.
• un dictionnaire bilingue - Robert & Collins en 1
ou 2 volumes ou Harrap’s Shorter ;
Pour les LVA essentiellement.
Quelques suggestions d'ouvrages à consulter et/ou à
• le précis de vocabulaire English in the Media, de
Jérôme Lepioufle et Thierry Robin, édité chez
Belin.
Pour la grammaire, une liste vous sera communiquée à la rentrée.
Pour joindre l’utile à l’agréable :
• lire la presse anglo-saxonne en version papier ou
électronique (sur internet) – The Times, The Independent, Time ou Newsweek, etc. Commencez
à mémoriser le vocabulaire utile en travaillant
avec le dictionnaire.
• lire un ou des romans policiers (en anglais!).
Toute lecture suivie paiera au centuple le temps
que vous y aurez passé.
• les amateurs d’images – et ils sont nombreux ! –
utiliseront avec profit les journaux télévisés ou
les films ou séries télévisées en version originale
(DVD, streaming).
Profitez également de vos vacances pour parler
anglais, à l’étranger bien sûr, mais aussi en France
– à la plage, à la montagne, à la campagne. Rappelez-vous que les épreuves d’admission sont orales… alors que vous avez principalement été entraînés à réussir une épreuve de baccalauréat qui se
passe à l’écrit. Nous avons de toute façon les
moyens de vous faire parler : vous aurez la chance
de passer un oral de vingt minutes tous les quinze
jours dès la fin du mois de septembre !
Mais d’ici-là…
PROFITEZ DE L’ETE !
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acquérir :
• La conjugaison espagnole, de Gonzalez
Hermoso, Ed. Hachette Education.
• Bled espagnol -Etudes SupérieuresNouvelle Édition Pierre Gerboin , Hachette
Éducation (conj., grammaire, traduction)
• Pour le vocabulaire, il existe des lexiques
sur Internet, par ex : http://
www.lexisrex.com/Español-VocabularioListas.
Un bon outil serait cependant: Vocabulaire
thématique espagnol-français -Le monde
d'aujourd'hui, C. Fructuoso Sierra et alii,
Ellipses, 2011. et/ou A favor o en contra Debatir en español, Monica Dorange,
Ellipses, 2012
• Un dictionnaire est conseillé (par ex:
GRAND DICTIONNAIRE
LAROUSSE
bilingue français/espagnol (420000
traductions) Pour l'approche de la civilisation du monde hispanique:
•
Consulter : Civilisation espagnole et hispanoaméricaine, Monica Dorange (Hachette
supérieur)
S'entraîner à la compréhension orale, par exemple
sur:
• http://www.vertaal.com (ejercicios de
español para extranjeros : vocabulario,
gramática, ejercicios de escucha)
• Ecouter la radio : Cadena Ser (emisora de
radio española), mais aussi des chansons
• Regarder la télévision : Radio Televisión
Española, BBC Mundo, versión en español de
la BBC británica.
3
•
N.B. La consolidation linguistique
concerne également les LVB.
Pour les LVA et les LVB
•
• Lire la presse en français : par ex. le
Courrier International , Espaces Latinos,
Manière de voir, Le Monde diplomatique,
Latin Reporters, http://www.actulatino.com
et aussi en espagnol par ex. El País, El
Mundo, ABC, Cambio 16 (España), La
Nación (Argentina), Letras Libres (México
y España), La Jornada (México)
• Vocable espagnol. peut simplifier l'approche
de la presse en espagnol.
Allemand.
Juliane Allendorf
Professeur d’Allemand
Se procurer pour la rentrée 2016 :
Obligatoire :
• Du mot à la phrase, Vocabulaire allemand
contemporain, Albert FINDLING, édition
ellipses, ISBN 2-7298-9709-7.
Pour le début des cours, connaître le lexique présenté au chapitre IX. Annexes (pages 190 à 224), y
compris les verbes irréguliers!!!, ainsi que le lexique des chapitres 17 (Das Bildunsgwesen / pages
85-91), 18 (Universität und Studium, pages 92/93)
et 32 (Zahlen, Gewichte und Maße / pages 149151). Il s’agit du programme lexical des interrogations orales du début de l’année.
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Un dictionnaire bilingue français-allemand /
allemand-français (minimum 150 000 entrées), édition au choix (Harraps, Larousse,
…)
L’Allemand de A à Z, J. Janitza, Hatier,
ISBN 2-218-71800-6
Il est recommandé
• de se familiariser avec l’actualité allemande
en consultant régulièrement la presse allemande (format papier ou/et en ligne [Der
Spiegel, Die Zeit, Focus, Die Welt, etc.]) et/
ou des sites Internet tels que Deutschland
Portal, deutscher depeschen dienst, planet
wissen, etc.). On peut également s’entrainer
à la compréhension auditive en regardant
des vidéos sur le site de Der Spiegel ou le
mini-journal heute in 100 Sekunden sur le
site ZDF-Mediathek. Le site Khristophoros
propose également des documents, exercices et liens intéressants (écouter les informations dans une version plus lente, etc.)
• de regarder des films allemands récents
(Good Bye Lenin, Das Leben der Anderen,
Vier Minuten, Nirgendwo in Afrika, Das
Wunder von Bern, Sophie Scholl, Das weiße
Band, Almanya, les films de Fatih Akin,
etc. etc.)
• de lire pendant les vacances un roman contemporain allemand (édition mono- ou bilingue),
• et de consulter toute autre source d’information en langue allemande qui vous est
accessible.
Schöne Ferien und bis bald
4
Révisions - Chimie.
Préambule.
Les connaissances ou exercices présentés ici ne sont pas un reflet de ce que sera la chimie de classe prépa. On
trouvera ici des idées sur des éléments techniques, ou des connaissances de l’ordre de la culture générale, simples mais
souvent pénalisants pour déchiffrer et aborder correctement un problème de concours.
Partie A - L’alphabet grec.
Quoi de plus désagréable pour un examinateur que de d’entendre les lettres grecques écorchées, lors d’un oral ?
Cela est du plus mauvais effet car leur utilisation fait partie des usages du scientifique, et ne pas les connaître vous
rendra peu crédible. Et la première impression persiste souvent ! Nous vous demandons donc de bien connaître les
plus utilisées :
Symbole Prononciation
α
alpha
β
Réservée à …
Symbole
Prononciation
Réservée à …
ν
nu
fréquence
beta
ξ
ksi
avancement
γ
gamma
ρ
rho
masse volumique
δ, Δ
delta
σ, Σ
sigma
conductivité
ε
epsilon
τ
tau
temps caractéristique
η
eta
φ, Φ
phi
θ
theta
angle, tempéraure
χ
ki
électronégativité
λ
lambda
longueur d’onde
ψ
psi
fonction d’onde
μ
mu
π
pi
ω
omega
pouvoir rotatoire
coefficient d'extinction molaire
pulsation
A savoir :
• Ecrire et prononcer les lettres grecques.
Partie B - Composés inorganiques usuels.
Bien que le plus souvent, les énoncés des sujets de concours donnent beaucoup de renseignements, un peu de culture générale permet de gagner du temps et d’avoir une idée juste de la composition initiale de la solution, de manière
à bien réfléchir à la suite. Voici donc quelques composés classiques dont la connaissance vous permettra de mieux
aborder les exercices.
Le cours.
Quelques acides.
HCl : acide chlorhydrique! HNO3 : acide nitrique! H2SO4 : acide sulfurique H2CO3 : acide carbonique
CH3COOH : acide acétique
puis : HNO2 : acide nitreux! H2SO3 : acide sulfureux
Quelques bases.
NaOH : soude!
KOH : potasse! NH3 : ammoniac
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Quelques anions.
Ils possèdent un suffixe “ate” ou “ure” le plus souvent.
OH⊖ : hydroxyde!
Cl⊖ : chlorure!
Br⊖ : bromure! I⊖ : iodure!
NO3⊖ : nitrate
SO42⊖ : sulfate!
CO32⊖ : carbonate!
Cr2O72⊖ : dichromate!
MnO4⊖ : permanganate
CN⊖ : cyanure!
CH3COO⊖ : acétate!
O2⊖ : oxyde
puis S2O32⊖ : thiosulfate!
NO2⊖ : nitrite! SO32⊖ : sulfite! I3⊖ : triiodure
Quelques cations.
H3O⊕ : oxonium!
Na⊕ : sodium! K⊕ : potassium! Mg2⊕ : magnésium!
Ca2⊕ : calcium!
Fe2⊕ : ion ferreux!
Fe3⊕ : ion ferrique!
NH4⊕ : ammonium
Al3⊕ : aluminium
A savoir :
• Connaître les noms usuels ci-dessus, et les charges des ions classiques.
Exercices.
I.
Donner la formule des composés suivants.
chlorure de potassium ; sulfate de sodium ; chlorure de magnésium ; oxyde d’aluminium
II.
Donner la composition de la solution S.
On considérera que les sels (composés ioniques) sont totalement dissous dans la phase aqueuse et se dissocient en
leurs ions constitutifs. On cherchera ensuite les concentrations des espèces.
Soit le protocole :
• On verse 3 mL d’éthanol dans une fiole jaugée de 100 mL. On ajoute ensuite 3 g de potasse. On complète avec de
l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On obtient la solution A.
• On prélève 5 mL de A qu’on verse dans une fiole jaugée de 50 mL, on complète à l’eau distillée au trait de jauge,
on obtient B.
• La solution C contient de la soude à 0,01 mol/L et du sulfate de sodium à 0,03 mol/L.
• On réalise la solution S en mélangeant 20 mL de B et 20 mL de C.
On donne : densité de l’éthanol = 0,79
Partie C - Nomenclature de chimie organique.
Le cours.
Nommer une molécule.
En chimie organique, nommer une molécule procède des règles suivantes :
1. Rechercher la chaîne la plus longue. Si plusieurs possibilités existent, retenir la chaîne comportant le plus de
fonctions.
2. Numéroter la chaîne de manière à ce que, dans l’ordre choisi, le numéro le plus petit attribué à une fonction
ou un substituant soit le plus petit possible. Si on obtient le même numéro dans les deux sens, départager en regardant le numéro de celui qui arrive en second.
3.
Écrire le nom :
• Nommer la chaîne.
• Ajouter, précédés de leurs numéros, la ou les fonctions en suffixe. Comme on ne peut mettre en suffixe
qu’une ou deux fonctions, il faut choisir la fonction prioritaire grâce à l’ordre donné plus bas.
• Ajouter, précédés de leurs numéros, les substituants et les fonctions en préfixe, dans l’ordre alphabétique.
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Fonctions à connaître (par ordre croissant de préséance lors du choix des fonctions en suffixe, cet ordre n’est pas à
connaître).
Nom
Formule
Amine primaire
C NH2
Alcool
Préfixe
C OH
Suffixe
amino-
-amine
hydroxy-
-ol
oxo-
-one
oxo-
-al
-
halogénure d’...oyle
carboxy-
acide ...oïque
-
-oate de ...yle
O
Cétone
R
R'
O
Aldéhyde
R
H
O
Halogénure d’alcanoyle
R
X
O
Acide carboxylique
R
OH
O
Ester
R
OR'
Les alcènes ne sont pas indiqués car ce sont les seuls qui peuvent se combiner avec un deuxième suffixe. La fonction alcène prenant place sur deux atomes de la chaîne, le numéro indiqué est le plus petit des deux. Ex: la but-1-èn-3one.
O
Exemples.
Formule
OH
NH2
HO
NH2
O
OH
Nom
Remarque
butan-1-ol
1 fonction
propan-1-amine
idem
3-aminopropan-1-ol
l’alcool est prioritaire
1-hydroxypropan-2-one
cétone prioritaire
Substituants ramifiés ou eux-mêmes substitués.
Les substituants ramifiés sont nommés de la manière suivante :
• La chaîne la plus longue partant du carbone qui sera lié à la chaîne principale est numérotée à partir de la chaîne
principale.
• Elle est nommée à partir de l’alcane correspondant (méthyl, éthyl, etc…).
• Les substituants de cette chaîne sont placés devant, par ordre alphabétique, précédés de leurs numéros.
Substituant
CH3- ou Me-
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Nom systématique
Nom usuel
méthyl
7
Substituant
Nom systématique
CH3CH2- ou Et-
éthyl
CH3CH2-CH2- ou Pr-
propyl
Nom usuel
H3C
CH
ou iPr
1-méthyléthyl
isopropyl
H3C
CH3-CH2-CH2-CH2- ou Bu
H3C
butyl
H2
CH C
2-méthylpropyl
isobutyl
H2 H
C C
1-méthylpropyl
sec-butyl
1,1-diméthyléthyl
tertiobutyl
H3C
H3C
CH3
CH3
H3C C
ou tBu
CH3
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2H3C
H2 H2
CH C C
pentyl
3-méthylbutyl
isopentyl
H3C
phényl
H2
C
N
C
benzyl
cyano
F-, Cl-, Br-, I-
fluoro, chloro, bromo, iodo
MeO-
méthoxy
EtO-
éthoxy
A savoir :
• Représenter la formule semi-développée ou topologique d’une molécule à partir de son nom.
• Identifier les groupes fonctionnels d’une molécule.
• Nommer une molécule simple.
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Exercices.
III. Nommer une molécule.
Nommer les composés suivants :
a)
H H
H3C C C CH3
CH2 OH
H
H3C C C CH2 NH2
b)
O CH3
CH3
c) H C
3
H2
C C CH
CH2
IV.
CH3
O
H H2
H3C C C C
OH
CH
d)
CH3
3
Représenter une molécule.
Représenter les formules semi-développées des composés suivants :
a) 2-chloro-3-méthylpent-2-ène. !
V.
!
!
b) acide 3-méthylbut-2-ènedioïque.
Dénombrement d’isomères.
Dénombrer, représenter et nommer les composés de formule brute C5H12.
En déduire ceux de formules C5H10. On précise que les composés organiques peuvent comporter des cycles à 3
atomes ou plus.
On utilisera la notation topologique pour plus de clarté.
Pour chacun d’eux, dénombrer leurs stéréoisomères de configuration.
VI.
Mélange d’isomères.
Une réaction chimique conduit à deux isomères Z et E. Pour étudier la sélectivité de la réaction, on réalise la mesure suivante : 0,05 mol du mélange Z/E est mise en solution dans 1 L d’eau distillée. On relève le spectre d’absorption
en UV de ce mélange. A la longueur d’onde de travail, l’absorbance mesurée est A=1,2. Quel est le pourcentage de Z et
de E dans le mélange ?
On donne : longueur de la cuve l=1 cm ; ε(Z)= 25 mol-1L.cm-1 ; ε(E)= 20 mol-1L.cm-1 ; on rappelle la loi de BeerLambert A=εlc avec ε le coefficient d’extinction molaire, c la concentration et l la longueur de la cuve. Cette loi est additive.
VII. Molécules et chiralité.
a) Combien les composés suivants possèdent-ils de stéréoisomères de configuration : propène, but-2-ène,
pentan-2,3-diol ; buta-2,3-diol ; cyclopenta-1,3-diol ?
b) Pour chacun d’eaux, réfléchir aux nombre de signaux et à leur multiplicité en RMN du proton.
c) Le spectre suivant correspond à l’un des composés : lequel ?
déplacement chimique
multiplicité
intégration relative
1,11
doublet
3
3,79
quadruplet
1
3,99
singulet
1
d) Combien l’indinavir possède-t-elle de stéréoisomères de configuration ?
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9
N
OH
Ph
H
N
O
O
tBu
OH
N 1
N
N
H
Indinavir
Partie D - Titrages.
Cours.
Réaction de titrage.
Cette réaction doit être : rapide, totale, univoque.
Le deuxième point se vérifie en calculant la constante d’équilibre qui doit être très grande. Le troisième en comparant les constantes d’équilibres des réactions possibles. Si elles sont très différentes, alors les réactions se feront successivement. Une seule réaction a lieu à un moment donné du titrage.
Équivalence.
L’équivalence est un point particulier du titrage. A cet instant, les réactifs mis en jeu ont été introduits dans les
proportions stœchiométriques. Cela signifie que l’on change de réactif limitant ou que les deux réactifs sont limitant en
même temps. Cela se met en équation selon : ntitré/νtitré=ntitrant/νtitrant.
Avec ν les nombres stœchiométriques.
Remarque importante.
Un titrage permet toujours de calculer une relation entre quantités de matière. Ensuite, on peut remonter à la concentration dans l’échantillon prélevé par la relation n=cv si nécessaire.
Virage.
Le virage permet de repérer l’équivalence car à ce moment-là, “il se passe quelque chose” (changement de couleur,
saut brutal de mesure).
A savoir :
• Utiliser le volume équivalent pour déterminer la quantité de matière titrée, ou la concentration de l’échantillon
titré.
Exercice.
VIII. Titrage d’un mélange.
On donne, à 298 K, les couples rédox : IO3⊖ (aq) / I2 (aq)!
I2 (aq) / I⊖ (aq)
S4O62⊖ (aq) / S2O32⊖ (aq)
On considère une solution aqueuse, notée S, contenant des ions iodate IO3– et iodure I– de concentrations respectives C1 et C2, inconnues, à un pH tel qu’il n’y a pas de réaction entre ces deux ions. Les réactions envisagées dans cet
exercice seront toutes considérées quantitatives (ou quasi totales).
Dosage des ions iodates.
À V0 = 200,0 mL de solution S, on ajoute 10–3 mol d’iodure de sodium et quelques gouttes d’acide sulfurique à 1
mol.L–1. La solution devient alors brune, et ce mélange est dosé par une solution de thiosulfate de sodium de concentration C = 1,00.10–2 mol.L–1 : la solution redevient incolore pour un volume de thiosulfate introduit Véq = 12,0 mL.
1. Écrire les équations-bilan des réactions se produisant lors des deux phases de la manipulation : ajout d’ions iodure et d’acide sulfurique ; dosage par le thiosulfate.
Note : lors de la première phase, il se produit une réaction de médiamutation : un oxydant et un réducteur d’un
même élément réagissent pour former une espèce de degré d’oxydation intermédiaire, dont la couleur est ici brune.
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10
2. Pourquoi est-il nécessaire d’ajouter a priori une quantité d’ions iodure ? Est-il utile de connaître précisément
cette quantité ? Justifier brièvement.
3. Calculer C1.
4. Comment l’équivalence est-elle repérée. Indication : on ajoute quelques gouttes d’une solution d’empois d’amidon.
Dosage des ions iodure.
!
On dose V’0 = 100 mL de solution S par une solution de nitrate d’argent de concentration C = 1,00.10–2
mol.L–1. On suit le dosage en mesurant pAg = – log [Ag+] en fonction du volume V de nitrate d’argent introduit. On
relève un saut brutal de pAg pour V=10,0 mL. On observe un précipité d’iodure d’argent dès l’ajout d’argent dans la
solution.
5. En déduire C2.
6. Calculer la concentration dans la solution en ions argent et en ions iodate quand on a versé un volume V=11,0
mL.
7. L’iodate peut précipiter selon la réaction :
IO3⊖ + Ag⊕ = AgIO3(s)
K°=107,5
Montrer avec le calcul du quotient de réaction que le précipité d’iodate d’argent ne se forme pas.
Partie E - Chimie organique.
Le cours.
Revoir les grandes familles de réaction, tout se qui touche à la stratégie de synthèse et à la sélectivité.
Exercices.
IX. Techniques expérimentales.
Visionner les films détaillant des techniques expérimentales indiqués sur le blog du lycée :
http://www.lyceejoffre.net/cpge/blog/2009/07/01/chimie-dm0/
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11
Éléments chimiques - Numéros atomiques - Masses molaires atomiques ( ( g . mol ! 1 ) )
Nom
Symbole
Z
Masse molaire
Nom
Symbole
Z
aluminium
Al
13
26,98
lithium
Li
3
Masse molaire
6,94
antimoine
Sb
51
121,75
magnésium
Mg
12
24,31
argent
Ag
47
107,87
manganèse
Mn
25,
54,94
argon
Ar
18
39,95
mercure
Hg
80
200,59
arsenic
As
33
74,92
molybdène
Mo
42
95,94
azote
N
7
14,01
néon
Ne
10
20,18
baryum
Ba
56
137,34
nickel
Ni
28
58,71
béryllium
Be
4
9,01
or
Au
79
196,97
bismuth
Bi
83
208,98
oxygène
0
8
16,00
bore
B
5
10,81
palladium
Pd
46
106,4
brome
Br
35
79,91
phosphore
P
15
30,97
cadmium
Cd
48
112,40
platine
Pt
78
195,09
calcium
Ca
20
40,08
plomb
Pb
82
207,19
carbone
C
6
12,01
potassium
K
19
39,10
césium
Cs
55
132,90
radium
Ra
88
chlore
Cl
17
35,45
radon
Rn
86
" 226
" 222
chrome
Cr
24
51,99
rubidium
Rb
37
85,47
cobalt
Co
27
58,93
silicium
Si
14
28,09
cuivre
Cu
29
63,54
sodium
Na
11
22,99
étain
Sn
50
118,69
soufre
S
16
32,06
fer
Fe
26
55,85
strontium
Sr
38
87,62
fluor
F
9
19,00
titane
Ti
22
47,90
gallium
Ga
31
69,7
tungstène
W
74
183,85
germanium
Ge
32
72,59
uranium
U
92
238,03
hélium
He
2
4,00
vanadium
V
23
50,94
hydrogène
H
1
1,01
xénon
Xe
54
131,30
iode
I
53
126,90
zinc
Zn
30
65,37
iridium
Ir
77
192,20
zirconium
Zr
40
91,22
krypton
Kr
36
83,80
Lycée Joffre - Rentrée 2016/2017
12
Corrigé.
I.
Composés inorganique.
KCl ; Na2SO4 ; MgCl2 ; Al2O3
II.
Composition d’une solution.
• Solution A : 3mL d’éthanol font 3×0,79=2,37 g soit 2,37/(2×12+16+6)=0,0515 mole ; 3 g de potasse KOH font 3/
(39,1+16+1)=0,0535 mol. On a donc [ethanol]=0,515 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,535 mol/L
• Solution B : il s’agit d’une dilution d’un facteur 10 : [ethanol]=0,0515 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,0535 mol/L.
• Lors du mélange B+C, on a une dilution de moitié. On a donc [ethanol]=0,02575 mol/L et [K⊕]=[OH⊖]=0,02675
mol/L issus de B, Pour les ions issus de C, on a [Na⊕]=(0,01+0,03×2)/2 (car Na2SO4 pour le sulfate de sodium et
NaOH pour la soude), [OH⊖]=0,01/2, [SO42⊖]=0,03/2.
Au total, dans S : [ethanol]=0,02575 mol/L ; [K⊕]=0,02675 mol/L ; [Na⊕]=0,035 mol/L ; [SO42⊖]=0,015 mol/L ; [OH⊖]
=0,03175 mol/L (en tenant compte de l’apport des deux solutions).
III. Nomenclature.
e) La chaîne la plus longue compte 5 carbones, avec comme substituants un méthyle et un hydroxy. En partant de
gauche, le plus petit numéro serait 3, en partant de droite ce serait 2. On choisit donc de droite à gauche. On a donc
le 3-méthylpentan-2-ol.
f) Chaîne à 4, avec NH2 en position 1 si on part de la droite et cétone en position 2 si on part de la gauche. D’après
les priorités, on a donc le 1-amino-2-méthylbutan-3-one.
g) Il y a deux possibilités pour la chaîne la plus longue, selon la ramification choisie. On préfère y intégrer le
maximum de fonctions. On a donc un alcène entre les carbones 1 et 2. On a le 2,4-diméthylpent-1-ène.
h) acide 3-méthylbutanoïque.
IV.
Représenter une molécule.
O
Cl
a)
b)
HO
OH
O
La stéréochimie Z ou E n’est pas précisée (le a est Z sur le schéma, le b est E)
V.
Dénombrement.
On commence par une chaîne longue à 5, puis on la raccourcit en plaçant les atomes manquant sur des chaînes
latérales :
pentane
2-méthylbutane
2,2-diméthylpropane
Pour “enlever” deux hydrogènes, il faut soit placer une liaison C=C, soit un cycle. On reprend chaque chaîne précédente et on essaie de placer à tous les endroits possibles la liaison C=C.
(pas de solution pour le
diméthylpropane).
On procède avec les cycles en commençant par les plus grands (car ils sont moins ramifiés et donc plus faciles).
méthylcyclobutane
cyclopentane
1,1-diméthylcyclopropane
éthylcyclopropane
1,2-diméthylcyclopropane
Remarque : si on tient compte des stéréoisomères, il faut étudier la présence d’atomes de carbone asymétriques et
l’éventualité de stéréochimie Z/E des doubles liaisons. Les composés concernés sont alors le but-2-ène (Z et E) et le
1,2-diméthylcyclopropane (3 stéréoisomères dont un méso : voir cours de début d’année).
VI.
Mélange de molécules.
On a C=0,05=CZ + CE et A=εZlCZ + εElCE ⇒ A = εZlCZ + εEl(0,05-CZ) ⇒ CZ=(A/l-εE×0,05)/(εZ - εE)=0,04 mol/L et
CE=0,01 mol/L soit 80% de Z et 20% de E.
VII. Ordre d’une réaction.
0.
1.
butanol et acide éthanoïque.
La réaction d’estérification a une constante “moyenne” qui fait qu’en général elle n’est pas quantitative.
L’équilibre final se réalise en présence de produits ET de réactifs. Ici on a un excès d’alcool : on peut donc penser
que cet excès va déplacer l’équilibre vers la formation de produits, et que la réaction sera totale. La réaction est
catalysée par un acide : acide chlorhydrique HCl, sulfurique H2SO4 sont les plus courants.
2.
v=d[H2O]/dt=d[ester]/dt=-d[alcool]/dt=-d[acide]/dt
3.
v est en mol/L/s la concentration en mol/L donc k en s-1 (ou temps-1).
Appelons c la concentration en acide : on a donc v=-dc/dt=kc ⇒ c’+kc=0.
La solution est de la forme c=Aexp(-kt). Or à t=0, c=c(0) donc A=c(0) et c(t)=c(0)exp(-kt)
4.
ln(c) = ln(c(0)) - kt. Si on trace Y=ln( c ) en fonction de X=t, on a une droite d’ordonnée à l’origine ln(c(0)) et
de pente -k.
On retrouve par régression linéaire Y=aX+b b=ln(c(0))=-2,12 et on trouve k=0,041 min-1, le temps étant pris en
minutes. Si on a converti en secondes, on a k=6,7.10-4 s-1
VIII. Équilibre.
1.
On a d’une manière générale : QR =
a.
a SO3
2
2
a SO2 × a O2
2
=
pSO3 × p°
2
pSO2 × pO2
On utilise la loi des GP, on en déduit :
QR =
nSO3
2
2
nSO2 × nO2
×
p°V
€
RT
b. On utilise cette fois la loi de Dalton, d’où :
€
QR =
x SO3
2
2
x SO2 × x O2
×
p°
p
On prend soin de remarquer dans chacune de ces expressions que le quotient de réaction est bien sans dimension.
€
2. On nous dit que la réaction est exothermique. Si on élève la température, d’après le principe des lois de modération, la réaction va se faire dans le sens qui fera diminuer T, donc dans le sens endothermique : la réaction se fera
donc dans le sens retour ou indirect.
3. De même si on élève la pression, la réaction se fera de manière à la faire diminuer. Cela se fera en diminuant la
quantité de matière totale, soit dans le sens direct, puisque lorsque la réaction se fait, 3 entités disparaissent et 2
apparaissent. On peut aussi raisonner sur le fait que QR=K° à l’équilibre. Prenons l’expression du 1b : si QR reste
fixé à K° alors que P augmente, c’est que le facteur contenant les fractions molaires augmente aussi, ce qui se passe
si la fraction de trioxyde de soufre augmente, celles de dioxygène et dioxyde de soufre diminuent : la réaction se
fait donc dans le sens direct.
4. a- Prenons l’expression de QR du 1a. Dans cette expression, la deuxième partie est une constante (V et T constants). On remarque alors que la quantité d’azote n’intervient pas dans le début de l’expression : donc l’ajout de
diazote ne modifie pas QR. Si on est à l’équilibre au départ, on le reste donc.
b- Prenons l’expression du 1b, dans laquelle le terme P°/P est donc constant. Si on ajoute de l’azote, toutes les fractions molaires diminuent car n total augmente. Il faut donc détailler le calcul :
QR =
€
2
2
x SO2 × x O2
2
×
p°
nSO3
p°
=
× n tot ×
p n 2 ×n
p
SO2
O2
Donc, si on part de QR=K°, et qu’on ajoute de l’azote, ntot augmente et donc QR augmente : il devient supérieur à
K°. On n’est donc plus à l’équilibre et la réaction se fera dans le sens qui fait diminuer QR donc sens indirect.
5.
Dressons le tableau d’avancement :
!
2 SO2 +! !
O2 = ! !
2 SO3!
100!
!
50!
!
0
!
!
100-48×2!
50-48! !
2×48
!
!
4!
!
2!
!
96
On calcule alors les fractions molaires et ensuite les pressions :
96
4
2
pSO3 =
P
pSO2 =
P
pO2 =
P
102
102
102
!
!
On reporte dans l’expression de QR et on résout K°=QR :
€
€
x SO3
QR =
⎛ 96 ⎞2
⎜
⎟
⎝ 102 ⎠
p°
⇒p=
⎛ 4 ⎞ 2 p
⎜
⎟
⎝ 102 ⎠ 102
6.
2
⎛ 96 ⎞2
⎜
⎟
⎝ 102 ⎠
p°
= 2,92 bar
⎛ 4 ⎞ 2 K°
⎜
⎟
⎝ 102 ⎠ 102
2
On commence par le tableau d’avancement :
2 SO2 +!
O2 = ! 2 SO3!
8!
12!
8-2ξ!
12-ξ!
D’où : QR =
!
N2
0!
!
80
2ξ !
!
80
⎛ 2ξ ⎞2
⎜
⎟
⎝ 100 − ξ ⎠
(
(
)
) (
P° 100 − ξ
4ξ 2
=
×
12 − ξ
⎛ 8 − 2ξ ⎞2 ⎛ 12 − ξ ⎞ P
8 − 2ξ
⎜
⎟ ⎜
⎟
100
−
ξ
100
−
ξ
⎝
⎠ ⎝
⎠
×
)
2
On trouve ξ=3,8674 mole
IX.
€ Titrage.
1. Ecrivons en préambules les demi-équations rédox à considérer :
I2 + 2e⊖ = 2 I⊖
2 IO3⊖ + 12 H⊕ +10 e⊖ = I2 + 6 H2O
S4O62⊖ + 2e⊖ = 2 S2O32⊖
D’après les indications, on a d’abord en milieu acide :
2 IO3⊖ + 12 H⊕ +10 I⊖ = 6 I2 + 6 H2O
soit : IO3⊖ + 6 H⊕ +5 I⊖ = 3 I2 + 3 H2O (1)
la couleur brune est due à la présence de diiode (nous reviendrons sur ce point plus loin).
Ensuite on dose le diiode par le thiosulfate :
2 S2O32⊖ + I2 = 2 I⊖ + S4O62⊖
(2)
2. On cherche ici à titrer les ions iodates. On va donc les transformer selon (1) en diiode pour pouvoir les titrer.
On s’assure donc que les iodures sont en excès pour que la quantité de diiode formée soit bien fonction de la
quantité d’iodates. De plus le diiode n’est pas très soluble dans l’eau. Pour le solubiliser on ajoute des iodures
pour former l’ion triiodure plus soluble que le diiode dans l’eau. Les véritables bilans à écrire seraient donc :
IO3⊖ + 6 H⊕ +8 I⊖ = 3 I3⊖ + 3 H2O (1)
2 S2O32⊖ + I3⊖ = 3 I⊖ + S4O62⊖
(2)
3. Quand la solution redevient incolore, c’est que le diiode a été consommé complètement, c’est donc l’équivalence du titrage. On a donc nI3⊖=nS2O32⊖/2=0,01×0,012/2=6.10-2 mmol.
Ce diiode provient de la réaction (1), totale, dont le réactif limitant est l’iodate. On a donc nIO3⊖=nI3⊖/3=2.10-2
mmol
Cette quantité provient de 200 mL de la solution étudiée : n=C1V0 ⇒ C1=0,2.10-4/0,2=0,0001 mol/L
4. L’empois d’amidon forme un complexe avec le diiode, complexe d’un bleu très foncé. De plus, la couleur est
très visible dès que très peu de diiode est présent. On observe donc à l’équivalence la disparition soudaine de la
couleur bleue.
5. La réaction de titrage est Ag⊕ + I⊖ = AgI(s)
À l’équivalence nAg⊕=nI⊖=0,01×0,01=0,1 mmol
Cette quantité provient d’un échantillon de 100 mL donc C2=nI⊖/V’0=0,001 mol/L
6. A 11 mL, on a dépassé l’équivalence : il y a donc un excès d’ion argent (1mL). On a donc nAg⊕ =10-5 mol
L’iodate n’a pas réagi donc nIO3⊖=C1V’0=10-5 mol
La solution fait alors 111 mL d’où les concentrations : [Ag⊕]=[IO3⊖]=9.10-5 mol/L
7. Etudions l’apparition du précipité à 11 mL : on a alors QR=1/(9.10-5)2=1,2.108>K° ⇒ la réaction doit se produire
dans le sens indirect. Or on n’a pas de produit, donc il ne se produit aucune réaction. Le précipité ne se forme pas.
Comme avant 11 mL, il y a encore moins d’ion argent, le précipité ne peut pas non plus se former. Conclusion :
entre le début du titrage et 1 mL après l’équivalence, on est certain de ne pas avoir d’iodate d’argent. La réaction
de précipitation de l’iodure d’argent est donc bien la seule réaction. La réaction de titrage est bien l’unique réaction.