Suivi temporel d'une transformation chimique : (6 points) On verse dans un bécher le volume $V = 2.10^{-4} m^3$ d'une solution $(S_B)$ d'hydroxyde de sodium de concentration molaire $C_B = 10 mol.m^{-3}$, et on y ajoute, à l'instant $t_0 = 0$, une quantité de matière $n_E$ de méthanoate de méthyle égale à la quantité de matière $n_B$ d'hydroxyde de sodium dans la solution $(S_B)$. On suppose que le volume de la solution reste constant ($V = 2.10^{-4} m^3$). On modélise la transformation qui se produit dans le milieu réactionnel par l'équation chimique : $HCO_2CH_{3(\ell)} + HO^-_{(aq)} \rightarrow HCO^-_{2(aq)} + CH_3OH_{(\ell)}$ La courbe de la figure ci-dessous représente les variations de la conductivité $\sigma$ du mélange au cours du temps. L'expression de la conductivité $\sigma$ à l'instant $t$ est : $\sigma = -72.x + 0,25$ ($S.m^{-1}$), avec $x$ l'avancement de la réaction. Données : Conductivités molaires ioniques $\lambda_i$ des ions présents dans le mélange réactionnel : Ion $Na^+$ $HO^-$ $HCO_2^-$ $\lambda (mS.m^2.mol^{-1})$ 5,01 19,9 5,46 On néglige l'effet des ions $H_3O^+$ sur la conductivité du mélange ; $75 \div 52 = 1,44$ Q43. L'expression de la vitesse volumique de la réaction est :

$v = -\frac{1}{72.V} \frac{d\sigma}{dt}$

$v = -\frac{1}{36.V} \frac{d\sigma}{dt}$

$v = -\frac{1}{V} \frac{d\sigma}{dt}$

$v = \frac{1}{32.V} \frac{d\sigma}{dt}$

$v = -\frac{1}{42.V} \frac{d\sigma}{dt}$

Solution aqueuse d'acide éthanoïque : (4 points) Une solution aqueuse $(S)$ d'acide éthanoïque de concentration molaire $C = 1.10^{-3} mol.L^{-1}$ a une conductivité $\sigma = 5,2 mS.m^{-1}$. Données : Conductivités molaires ioniques : $\lambda(H_3O^+) = \lambda_1 = 35,0 mS.m^2.mol^{-1}$ ; $\lambda(CH_3CO_2^-) = \lambda_2 = 4,1 mS.m^2.mol^{-1}$ On néglige l'effet des ions $HO^-$ sur la conductivité de la solution. $52 \div 391 = 0,133$ ; $10^{0,63} = 4,26$ Q45. La valeur de la concentration molaire effective de l'ion oxonium en solution $(S)$ est :

$[H_3O^+] = 1,33.10^{-3} mol.L^{-1}$

$[H_3O^+] = 1,33.10^{-2} mol.L^{-1}$

$[H_3O^+] = 1,33.10^{-6} mol.L^{-1}$

$[H_3O^+] = 1,33.10^{-4} mol.L^{-1}$

$[H_3O^+] = 1,33.10^{-5} mol.L^{-1}$

Solution aqueuse d'acide méthanoïque : (5 points) Soit une solution aqueuse d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration molaire $C$. On note $K_A$ la constante d'acidité du couple $(HCOOH_{(aq)} / HCOO^-_{(aq)})$. Q47. Le taux d'avancement final de la réaction entre l'acide méthanoïque et l'eau a pour expression :

$\tau = \frac{1}{1+10^{pH-pK_A}}$

$\tau = \frac{1}{1-10^{pK_A-pH}}$

$\tau = \frac{1}{1+10^{pK_A-pH}}$

$\tau = \frac{1}{1+10^{-(pK_A+pH)}}$

$\tau = \frac{1}{1+10^{pK_A+pH}}$

Réaction entre l'acide éthanoïque et l'ammoniaque : (3 points) On mélange un volume d'une solution aqueuse d'acide éthanoïque contenant la quantité de matière initiale $n_0(CH_3COOH)$, avec un volume d'une solution aqueuse d'ammoniaque contenant la même quantité de matière initiale $n_0(NH_3) = n_0(CH_3COOH)$. L'équation modélisant la réaction entre l'acide $CH_3COOH$ et la base $NH_3$ s'écrit : $CH_3COOH_{(aq)} + NH_{3(aq)} \rightleftharpoons CH_3COO^-_{(aq)} + NH^+_{4(aq)}$ Données : $pK_A(CH_3COOH_{(aq)} / CH_3COO^-_{(aq)}) = pK_{A1}$ ; $pK_A(NH^+_{4(aq)} / NH_{3(aq)}) = pK_{A2}$ Q50. L'expression de l'avancement final de cette réaction est :

$x_f = \frac{n_0\sqrt{K}}{1+\sqrt{K}}$

$x_f = \frac{n_0(1+\sqrt{K})}{\sqrt{K}}$

$x_f = \frac{n_0\sqrt{K}}{1-\sqrt{K}}$

$x_f = \frac{1+\sqrt{K}}{n_0\sqrt{K}}$

$x_f = \frac{\sqrt{K}}{n_0(1+\sqrt{K})}$

Méthode de contrôle de l'évolution d'un système chimique : (10 points) On réalise un mélange équimolaire contenant $n_0 = 0,12 mol$ d'un acide $(A)$ et $n_0 = 0,12 mol$ d'un alcool $(B)$. On ajoute au mélange quelques gouttes d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. Le dispositif expérimental utilisée est représenté sur la figure ci-contre. À la fin de la transformation on obtient la masse $m(E) = 12,64 g$ d'un ester $(E)$. Données : $79 \div 39 = 2$ Tableau des composés organiques : L'alcool $(B)$ : Formule semi-développée $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-OH$ L'ester $(E)$ : Formule semi-développée $CH_3-CH_2-CH_2-C(=O)-O-CH_2-CH_2-CH(CH_3)-CH_3$, Masse molaire $M(E)=158 g.mol^{-1}$ Q56. Le dispositif utilisé pour préparer cet ester s'appelle :

montage de distillation fractionnée

montage d'extraction par solvant

Méthode de contrôle de l'évolution d'un système chimique : (10 points) On réalise un mélange équimolaire contenant $n_0 = 0,12 mol$ d'un acide $(A)$ et $n_0 = 0,12 mol$ d'un alcool $(B)$. On ajoute au mélange quelques gouttes d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. Le dispositif expérimental utilisée est représenté sur la figure ci-contre. À la fin de la transformation on obtient la masse $m(E) = 12,64 g$ d'un ester $(E)$. Données : $79 \div 39 = 2$ Tableau des composés organiques : L'alcool $(B)$ : Formule semi-développée $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_2-OH$ L'ester $(E)$ : Formule semi-développée $CH_3-CH_2-CH_2-C(=O)-O-CH_2-CH_2-CH(CH_3)-CH_3$, Masse molaire $M(E)=158 g.mol^{-1}$ Q60. Lors de la synthèse industrielle de l'ester $(E)$, on préfère utiliser un autre réactif $(D)$ à la place de l'acide $(A)$, pour que la réaction soit rapide et totale. La formule semi-développée du réactif $(D)$ est :

CH 3 -CH 2 -CH 2 -C(=O)-O-C(=O)-CH 2 -CH 2 -CH 3

CH 3 -CH 2 -CH 2 -C(=O)-O-CH 2 -CH 2 -CH 3

CH 3 -CH(CH 3 )-C(=O)-O-C(=O)-CH(CH 3 )-CH 3

CH 3 -CH 2 -CH(CH 3 )-C(=O)-O-C(=O)-CH(CH 3 )-CH 2 -CH 3

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3

Médecine Chimie 2022 - Question 14 of 20

Pile (Cadmium/Argent) : (8 points)

On réalise la pile (Cadmium/Argent) en utilisant une lame d'argent $A g_{(s)}$ plongée dans une solution aqueuse de nitrate d'argent $A g_{(a q)}^{+} + N O_{3 (a q)}^{-}$ de concentration molaire initiale $C_{1} = 0, 4 m o l . L^{- 1}$ et une lame de cadmium $C d_{(s)}$ plongée dans une solution aqueuse de nitrate de cadmium $C d_{(a q)}^{2 +} + 2 N O_{3 (a q)}^{-}$ de concentration molaire initiale $C_{2} = 0, 2 m o l . L^{- 1}$ . Les deux solutions sont reliées par un pont salin.

On branche entre les deux électrodes de la pile un conducteur ohmique montée en série avec un ampèremètre et un interrupteur. On ferme le circuit à un l'instant $t_{0} = 0$ . Un courant électrique d'intensité constante circule dans le circuit.

Données :

Les deux solutions ont le même volume $V = 250 m L$ ;
$M (A g) = 107, 87 g . m o l^{- 1}$ ;
La valeur de la constante d'équilibre associée à l'équation chimique :
$2 A g_{(a q)}^{+} + C d_{(s)} ⇌ 2 A g_{(s)} + C d_{(a q)}^{2 +}$ est : $K = 5.1 0^{40}$ à $2 5^{\circ} C$ ;
La quantité de matière de la partie immergée de l'électrode consommable est en excès ;
$F$ constante de Faraday.

Q54. À un instant $t_{1}$ , les concentrations molaires effectives des ions $A g_{(a q)}^{+}$ et $C d_{(a q)}^{2 +}$ sont :

$[A g_{(a q)}^{+}]_{1} = 8.1 0^{- 2} m o l . L^{- 1}$ et $[C d_{(a q)}^{2 +}]_{1} = 0, 36 m o l . L^{- 1}$ .

La valeur du quotient de réaction à l'instant $t_{1}$ est :

Q_{r, 1} = 1, 25

Q_{r, 1} = 45, 6

Q_{r, 1} = 56, 2

Q_{r, 1} = 4, 56

Q_{r, 1} = 5, 62