Nord - Olympiades de chimie

OLYMPIADES RÉGIONALES DE CHIMIE (2003/2004)
Nord Franche-Comté
Partie 1 (sur12)
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N° d’anonymat
Synthèse d’un démaquillant pour les yeux
1. Citer deux propriétés de l’acide borique qui justifient son utilisation dans les démaquillants pour
les
yeux.
2. Le borax a pour formule Na2B4O7, 10 H2O.
Comment obtient-on l’acide borique à partir du borax ?
Ecrire l’équation de la réaction associée à cette transformation.
3. Le pH à l’équivalence de la réaction précédente est donné par la relation pH = (pKa – logC).
-1
La concentration de l’acide borique dans la solution est de 1 mol.L .
Quel est donc l’indicateur coloré à choisir pour ce repérage ? Justifier.
4. Expliquer la précipitation de l’acide borique par refroidissement du mélange réactionnel.
5. Quel est l’intérêt d’une filtration sous vide ?
6. Les cristaux récupérés sur le filtre sont lavés à l’eau glacée.
Justifier ce lavage et le choix de l’eau glacée.
7. Comment nomme t-on la technique de purification consistant à dissoudre les cristaux dans un
minimum de solvant ?
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Partie 1
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N° d’anonymat
8. Donner la relation liant la conductance d’une solution à sa conductivité.
Préciser les unités utilisées.
9. L’équation de la réaction de titrage est la suivante :
+
+
H3BO3 + Na + HO = B(OH)4 + Na
Donner l’allure de la courbe donnant la conductivité en fonction du volume de soude versé.
Justifier.
10. Quelle est, à l’équivalence, la relation entre les quantités de matière des réactifs ?
11. On prépare 100 mL de solution d’acide borique en dissolvant 1 g de cristaux recristallisés et secs
-1
dans de l’eau distillée. On titre 20 mL de cette solution par de la soude à 0.25 mol.L .
3
Le volume à l’équivalence étant de 12 cm , déterminer la concentration molaire de la solution en
acide borique.
12. Conclure sur la pureté des cristaux d’acide borique.
Données :
pKa (acide borique/ion borate) = 9.2 à 25°C
Zones de virage d’indicateurs colorés :
Hélianthine : rouge 3.1 - 4.4 jaune
Bleu de bromothymol : jaune 6.2 - 7.6 bleu
Phénolphtaléïne : incolore 8.0 - 10.0 rouge
-1
O : 16
Masses molaires atomiques ( en g.mol ) :H : 1
23
C : 12
B : 11
Na :
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Partie 2 (12 points)
Numéro d’anonymat
Questionnaire sur le dosage de l’eau oxygénée par iodométrie :
1. On modifie la forme du cheveu en réalisant une permanente. Cela se fait en trois étapes, les citer :
2. Pour éliminer l’excès de réducteur en fin de permanente, on utilise l’eau oxygénée. Donner sa formule
brute ainsi que son nom chimique :
3. Pour déterminer la concentration en eau oxygénée contenue dans un fixateur, il a fallu procéder tout
d’abord à une dilution par cinq. Quel volume de fixateur faut-il prélever pour préparer 200 mL de solution
diluée. Décrire cette préparation et nommer le matériel utilisé.
4. Ecrire l’équation de titrage de l’eau oxygénée par une solution de permanganate de potassium.
5. Comment repère-t-on l’équivalence de ce titrage. Expliquer.
6. L’eau oxygénée peut oxyder une solution contenant des ions iodure.
Pour que cette réaction soit totale, il faut que les ions iodure soient ajoutés en excès, cet
excès servant en outre à solubiliser le diiode qui se forme.
Le diiode ainsi libéré est ensuite titré par une solution aqueuse de thiosulfate de sodium.
a. Comment nomme-t-on un tel titrage ?
b. Ecrire les demi-équations électroniques concernant les couples mis en jeu.
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Partie 2 (12 points)
Numéro d’anonymat
c. En déduire l’équation de la réaction entre l’eau oxygénée et les ions iodure d’une part puis
l’équation de titrage du diiode formé par l’ion thiosulfate d’autre part.
d. Quel indicateur peut-on choisir pour repérer l’équivalence lors de ce titrage ?
•
•
•
•
•
e. Le protocole du titrage est le suivant :
Dans un erlenmeyer de 250 mL, on introduit :
20,0 mL de la solution de fixateur dilué précédemment à la question 3.
Environ 20 mL de la solution d’iodure de potassium à 40 g.L-1
Environ 5 mL d’acide sulfurique à 50%
Environ 50 mL d’eau distillée
10 gouttes de molybdate d’ammonium à 50 g.L-1
On verse alors un volume VE = 15 mL d’une solution de thiosulfate de sodium de concentration
en soluté apporté C = 5,0.10-1 mol.L-1 pour obtenir l’équivalence.
¾Quel est le rôle du molybdate d’ammonium ?
¾
¾Quel est le rôle de l’acide sulfurique ?
¾Est-ce que l’ajout d’eau distillée modifie le volume versé à l’équivalence ? Justifier.
¾Déterminer la concentration en eau oxygénée de la solution diluée puis du fixateur.
¾En déduire le pourcentage massique en eau oxygénée de ce fixateur de densité d = 1.
¾Citer deux autres constituants d’un fixateur :
6. Peut-on conserver plusieurs années un fixateur ? Expliquer.
Couples redox: I2 / I- ; S4O62-/S2O32- ; H2O2/H2O ; O2/H2O2 ; MnO4-/ Mn2+Masses molaires
atomiques (en g.mol-1) : H : 1 ; O : 16 ; S : 32 ; Mn : 55 ; I : 127
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Partie 3 (12 points)
Numéro d’anonymat
Questionnaire sur le Rouge à lèvres :
1.a Les matières colorantes utilisées dans les produits cosmétiques sont essentiellement obtenues par
des synthèses minérales ou organiques. Le carmin de cochenille a été pendant longtemps la seule
matière colorante organique permettant d’obtenir des nuances de rouges ou de roses. Sa formule
topologique est la suivante :
OH
HO
Donnez la formule brute de cette
molécule :
OH
O
O
HO
CH3
HO
O
OH
HO
O
OH
OH
A cide c arminique CI 75470 Nat ural red 4 CAS : 1390-65-4
- Entourer en rouge : une fonction
alcool primaire.
- Entourer en bleu : une fonction
alcool secondaire.
- Entourer en vert : une fonction
acide carboxylique.
1.b Les colorants minéraux sont essentiellement des oxydes. Relier par une flèche chacun de ces
oxydes à sa couleur correspondante :
OXYDES
Fe2O3
Fe3O4
TiO2
Cr2O3
FeNH4Fe(CN)6
COULEUR
Vert
Rouge
Blanc
Bleu
Noir
2.a Le rouge à lèvres est obtenu par dispersion de matières colorantes dans un mélange de cires. Ces
cires peuvent être d’origine animale, végétale, minérale. Parmi les cires suivantes, écrire en face de
chacune d’elles leur origine : Animale, Végétale ou Minérale.
Cire d’abeille : ……………………….
Cire de cérésine………………………..
Cire de candellila :………………………………..
Cire de lanoline :………………………………….
2.b Le rouge à lèvre contient, en plus des cires et des colorants, des agents antioxydants. Donnez leur
rôle :
2.c Parmi les produits suivants cochez ceux qui interviennent dans la fabrication d’un rouge à lèvre :
agents nacrants
agents sucrants
agents anti-UV
agents hydratants
agents mouillants
agents salants
parfums
agents antiseptiques
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Partie 3 (12 points)
Numéro d’anonymat
Questionnaire sur le Vernis à ongles :
3.a Cochez avec une croix la case VRAI ou FAUX pour chacune des propositions suivantes :
VRAI
FAUX
Un vernis est une préparation fluide qui peut s’étaler sur des couches minces
et qui par évaporation donne un film opaque blanc ou coloré.
Un vernis est une préparation fluide qui après évaporation donne un film
transparent qui peut être coloré avec un colorant.
Un vernis ne peut-être coloré qu’uniquement avec des colorants.
Un vernis conduit à un film à haut pouvoir réflecteur.
3.b Quelle différence existe-t-il entre un pigment et un colorant ?
4.a On retrouve dans la composition des vernis des constituants essentiels dont des agents filmogènes.
Un agent filmogène abondamment utilisé est l’acétate de cellulose dont la formule topologique est
représentée ci-dessous :
Parmi les réponses suivantes cochez la famille à laquelle appartient cette molécule :
monomère
dimère
polymère
élastomère
caoutchouc polyuréthane
4.b Citez au moins un produit d’usage courant fabriqué à partir de l’acétate de cellulose.
4.c En séance de Travaux Pratiques, quel solvant avez-vous utilisé pour fabriquer le vernis à ongle?
4.d A quelle famille chimique ce produit appartient-il ? Cochez la bonne réponse :
Acide carboxylique hydrocarbure Aldéhyde
Cétones
Amines
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Partie 4 (12 points)
Numéro d’anonymat
1. Que permet de mesurer pour un minéral l’échelle de Mohs ?
Couleur
Dureté
2. Citer 3 pierres précieuses.
3. Combien existe-t-il de systèmes cristallins ?
4 Quel est le nom de ce système de cristallisation ?
Pureté
5. Il existe différentes formes de tailles, quel est le nom de la taille suivante :
Rond
Ovale
?
Poire
6. Les masses des pierres précieuses et fines sont exprimées en carat. Quelle est la masse en gramme d’un
carat ?
1g
0.2 g
10 g
7. Quelles sont les couleurs des pierres suivantes :
Rubis
Emeraude
Améthyste
8. Les diamants sont habituellement incolores, le diamant Hope conservé au Smithsonian Institut de New
York a une couleur différente, laquelle ?
Bleue
Rouge
Verte
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Partie 4 (12 points)
Numéro d’anonymat
9. A quoi est due la couleur du rubis :
Oxyde de chrome
Oxyde de titane
Oxyde de zinc
10. La citrine est un oxyde de silicium SiO2, son nom vient du latin « citrus ». Quelle est sa couleur ?
Bleue
Rouge
Jaune
11. Qu’appelle t-on « clivage » d’une pierre ?
Brisure d’une pierre sans lien avec sa structure atomique
Couleur d’une pierre :
Brisure d’une pierre le long de lignes de moindre résistance déterminées par la structure atomique :
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Partie 5 : Visite
Numéro d’anonymat
1. Vous avez visité la société JUVEX à Mulhouse. Elle commercialise ses produits sous le nom 8882.
Quelle est la signification de ce nombre.
2. Quel est l’animal représenté sur les tubes ?
Quelle est l’origine de ce symbole ?
3. Comment se nomme le produit de substitution utilisé (l’animal est maintenant protégé) ?
Chélonine
Eau oxygénée
Pommade
4. A quelle date le laboratoire a-t-il été ouvert ?
14 juillet 2002
11 septembre 2002
1 mai 2002
5. Pourquoi n’utilise-t-on plus l’expression « écran total » ?
6. Quel est le nombre de produits commercialisés par Juvex ?
16
131
32
7. Avec quel produit les récipients sont-ils lavés ?
8. Les crèmes se préparent à chaud dans un « fondoir » A quelle température ?
100°C
20°C
70°C
Quelle quantité prépare t-on dans ce fondoir ?
1500 kg
300 kg
5 kg
9. Le malaxage de la crème avec de l’eau se produit sous quelle pression ?
Pression atmosphérique
Sous vide
Pression de 105 Pa
Eau déminéralisée
Eau de la ville de Mulhouse
Quelle type d’eau utilise t-on ?
Eau minérale
10. Combien de personnes travaillent à plein temps chez Juvex ?
5
10
3