QCM oxydo-réduction, pile, électrolyse ( Kiné EFOM 2009)

On dispose d'un mélange constitué de n_A = 0,1 mol de propan-1-ol ( noté A) 
et n_B = 0,2 mol de propan-2-ol (noté B).
On procède à l'oxydation ménagée , en milieu acide, de ce mélange par une solution aqueuse de dichromate de potassium en excès ( couple Cr₂O₇^2-/Cr³⁺).
La concentration molaire de la solution de dichromate de potassium est 0,1 mol/L. 
Déterminer le volume minimal de solution de dichromate de potassium qu'il faut utiliser pour l'oxydation ménagée du mélange des deux alcools A et B

A	B	C	D	E	F
660 mL	1330 mL	330 mL	500 mL	750 mL	autre

pile zinc argent.
Une pile formée des couples Ag⁺ / Ag et Zn²⁺/Zn débite dans un circuit.
Ag : 110 g/mol ; Zn : 65 g/mol ; 1 F = 10⁵ C
Déterminer l'intensité du courant sachant que la variation de masse de l'électrode d'argent est 1,10 g en 20 heures.

A	B	C	D	E	F
9,5 mA	25,5 mA	13,9 mA	36,5 mA	52,5 mA	autre

Déterminer la variation de mase de la lame de zinc pendant la même durée.

A	B	C	D	E	F
-325 mg	129 mg	-129 mg	-226 mg	-525 mg	autre

oxydation de l'éthanol.  
L'éthanol peut être oxydé en acide éthanoïque CH₃-COOH par une solution de dichromate de potassium K₂Cr₂O₇ acidifiée.
M(éthanol) = 46 g/mol ; m(K₂Cr₂O₇) = 294 g/mol.
Déterminer la masse de dichromate de potassium nécessaire pour oxyder 9,2 g d'éthanol ?

A	B	C	D	E	F
48,6 g	39,2 g	55,8 g	64,6 g	72,0 g	autre

sel de Mohr et ion permanganate
On appelle sel de Mohr un corps cristallisé possédant la composition FeSO₄, (NH₄)₂SO₄, 6H₂O.
Masse molaire M = 392 g/mol.
Il fournit lors d'une dissolution l'ion Fe²⁺.
On dissout 0,784 g de sel de Mohr dans 100 mL d'eau.
Couples redox Fe³⁺/Fe²⁺ ; MnO₄^- / Mn²⁺.
Déterminer la concentration molaire (mol/L)en ion fer (II) de la solution.

A	B	C	D	E	F
3 10-3	0,02	3,5 10-2	4,5 10-3	0,10	autre

Déterminer le volume de cette solution à ajouter pour que tous les ions Fe²⁺ soient oxydés en Fe³⁺.

A	B	C	D	E	F
20 mL	105 mL	1,5 10-2 L	8,5 10-3 L	0,04 L	autre

zingage électrolytique.
Le zingage consiste à recouvrir une pièce d'acier de zinc : on la plonge dans une solution aqueuse de sulfate de zinc ( Zn²⁺ aq + SO₄^-aq) et on fait circuler un courant entre cette pièce et une électode de graphite.
On veut recouvrir une pièce de surface S = 1,00 m² d'une épaisseur e = 0,100 mm de zinc.
M(zinc) = 65 g/mol ; masse volumique du zinc r(Zn) =6,5 g cm^-3 ; 1F = 10⁵ C.
Calculer la quantité d'électricité ( C) .

A	B	C	D	E	F
1,5 105	2,0 106	1,1 105	1,5 106	3,3 105	autres

Lors de l'électrolyse de 200 mL d'une solution aqueuse d'acide sulfurique un courant d'intensité I = 1,0 A traverse l'électrolyseur pendant 10 min. 
De l'oxygène se dégage à l'anode et de l'hydrogène àla cathode. V_m = 25 L/mol.


Quelle(s) est (sont) la (les) proposition(s) exacte(s) ?A- les équations des réactions se produisant respectivement à l'anode et à la cathode sont :
B- le volume de dioxygène produit est 75 cm³.
C- le volume de dihydrogène produit est 75 cm³.


correction fixe
chimix

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De la reine des prés à l'aspirine , acide base, ester; électrolyse à anode soluble AP HP 2009

	acide salicylique	acide acétylsalicylique ou aspirine
Formule semi développée
Masse molaire (g.mol-1)	138	180
pKa	3,0	3,5

I. Etude de l'acide salicylique
La reine des prés (Filipendula Ulmaria ou spirée) est une plante vivace des zones humides.
Sa tige, haute de 50 cm à 1,50 m, est surmontée d'une grappe de fleurs, de couleur crème, au parfum doux. Les fleurs contiennent de l'acide salicylique ou acide spirique (acide 2-hydroxybenzoïque) connu pour ses propriétés inflammatoires et son action apaisante lors de douleurs articulaires.
On prépare un volume V d'une solution aqueuse d'acide salicylique de concentration molaire en soluté apporté C = 1,0 10^-2 mol.L^-1.
On mesure le pH de la solution à 25°C : pH = 2,5.
Aide au calcul : log (2,5) = 0,4 ; log (1,3) = 0,1 ; 10^0,5 = 3,2 ; 10^-0,5 = 0,32 ; 138*7,25 =100.

Question : 

Ecrire l'équation chimique de la réaction de l'acide salicylique avec l'eau en utilisant les formules semi développées

Question : Définir puis calculer le taux d'avancement final t de cette réaction. Conclure.
Question : Donner l'expression de la constante d'équilibre de cette réaction.
Question : Comment nomme-t-on cette constante d'équilibre ? Question : Quelle est sa valeur ?
Question : Cette valeur est-elle en accord avec le taux d'avancement final ?


On désire vérifier par titrage la composition d'une solution d'acide salicylique achetée en pharmacie aux propriétés verrucides par application locale.
L'étiquette indique : 10 g d'acide salicylique pour 100 mL de solution.
On dilue 10 fois la solution pharmaceutique puis on prélève 20,0 mL de cette solution diluée que l'on dose par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na⁺(aq) + HO^-(aq)) de concentration molaire en soluté apporté C_b = 0,10 mol.L^-1. 
On note le pH du mélange réactionnel après chaque ajout de solution d'hydroxyde de sodium,
ce qui permet de tracer la courbe pH = f(V_b) et d'en déduire la courbe dérivée

Question : Ecrire l'équation chimique de la réaction entre la solution d'acide salicylique, noté HA(aq), et la solution d'hydroxyde de sodium

Question : Définir puis calculer la constante d'équilibre de cette réaction. Conclure

Question : Utiliser les courbes données pour déterminer les coordonnées du point équivalent

Question : Définir l'équivalence acido-basique.

Question : En déduire la concentration molaire en acide salicylique de la solution diluée puis de la solution pharmaceutique.

Question : En déduire la masse d'acide salicylique présent dans 100 mL de la solution pharmaceutique. Le résultat est-il en accord avec l'indication de l'étiquette ?

Question : Choisir, dans la liste proposée ci-dessous, un indicateur convenable, en justifiant la réponse.

indicateur	hélianthine	rouge de bromophénol	bleu de bromothymol	rouge de crésol	phénolphtaléine
zone de virage	3,1 ; 4,4	4,8 ; 6,4	6,0 ; 7,6	7,2 ; 8,8	8,2 ; 10,0

II. De l'acide salicylique à l'aspirine
En 1853, le français Charles-Frédéric Gerhardt réalisa l'acétylation de l'acide salicylique en créant l'acide acétylsalicylique plus connu sous le nom commercial aspirine,
mais ses travaux tombèrent dans l'oubli.
Commercialisée en 1899 par les laboratoires allemands Bayer,
à la suite de la découverte par l'allemand Félix Hoffman des propriétés du composé,
l'aspirine a depuis de nombreuses indications. Environ 40 000 tonnes de comprimés, achets, gélules, suppositoires sont consommés chaque année.
Question : Recopier la formule de l'acide acétylsalicylique, entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans cette molécule


On peut réaliser la synthèse de l'acide acéthylsalicylique à partir de l'acide salicylique et d'un acide carboxylique.
Question : Nommer cet acide. De quelle transformation chimique s'agit-il ?

Question : Ecrire l'équation chimique de la réaction de synthèse de l'acide salicylique à partir de l'acide salicylique et de l'acide carboxylique convenable
Question : Préciser ses caractéristiques de cette transformation.

Les différents protocoles expérimentaux proposent de chauffer pendant une durée adaptée un mélange non stoechiométrique de réactifs en présence d'ions oxonium H₃O⁺.  

Question : Quel est le rôle des ions oxonium ? Donner la définition d'une telle espèce.
Question : Quel est l'intérêt d'utiliser un réactif en excès.



Question : Répondre Vrai ou Faux en justifiant brièvement ( définition, calculs...)

Le nickel obtenu à partir du minerai contient des impuretés. On le purifie par électrolyse.
l'électrolyte utilisé est une solution de sulfate de nickel Ni²⁺_aq + SO₄^2-_aq.
l'une des électrodes (A) est une plaque de nickel à purifier. l'autre électrode (B) est une plaque de nickel pur. Pendant l'électrolyse, le nickel contenu dans (A) s'oxyde et les impuretés se dispersent dans la solution électrolytique. le générateur permettant de réaliser l'électrolyse débite un courant d'intensité constante I = 2,0 A pendant 4 heures.
On donne : m(Ni) = 58,7 g/mol ; 1 F = 96500 C mol^-1 ; 4*36 = 144 ; 96,5*1,5 = 144 ; 1,5 * 58,7 = 88 ; 2,0 *58,7 = 176.
 

A- le nickel impur constitue l'anode.

B- La quantité de nickel pur déposé au bout de 4 h est 0,30 mol.

C- La concentration des ions nickel augmente au cours de l'électrolyse.

D- au bout de 4 h, la masse de nickel déposée est supérieure à 10 g.


correction fixe
correction chimix

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acide bromoéthanoïque, thiosulfate, alcools, étamage, méthanal : Berck 2010

Acide bromoéthanoïque  
couple acide /base : C₂H₃BrO₂ /C₂H₃BrO₂^-.
On disout m =1,2 g de cet acide dans V = 500 mL d'eau distillée. 
Le pH de la solution estégal à  pH =2,3.
Question : Calculer le pKa de ce couple acide base. 

2,4 ;
2,7 ;
3,1 ;
4,8 ;
9,2 ;
aucune réponse exacte


acide chlorhydrique et thiosulfate de sodium.
On mélange V₁ = 45 mL d'une solution aqueuse de thiosulfate de sodium de concentration en soluté apporté c₁ = 0,13 mol/L 
et un volume V₂ = 5,0 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration c₂ =0,10 mol/L. 
La transformation est lente et on observe la formation d'un précipité jaune qui trouble peu à peu la solution. Dans cette transformation, appelée dismutation, l'ion thiosulfate réagit avec lui même.
Couple oxydant / réducteur : S₂O₃^2-aq / S (s) ; SO₂aq / S₂O₃^2-aq.
Question : Calculer le quotient de cette réaction quand le pH devient égal à 2,8.
1,5 10⁴ ;
2,5 10⁴ ;
1,5 10⁵ ;
2,5 10⁵ ;
 5,5 10⁵ ;
aucune réponse exacte



Solubilité du chlorure de plomb.
On dissout m₀ = 1,00 g de chlorure de plomb dans V = 500 mL d'eau distillée.
le solide n'est pas entièrement dissout et on note m la masse de solide non dissous.
On mesure la conductivité de la solution s = 1,11 mS cm^-1.
l_Pb2+ = 14,0 mS m² mol^-1 ;
l_Cl- = 7,63 mS m² mol^-1 ;
Question : Calculer m ( en mg).

252 ;
312 ;
370 ;
412 ;
472 ;
aucune réponse exacte




Alcools saturés non cycliques de formule bruteC₅H₁₂O .
Question : Parmi les affirmations suivantes, combien y en a t-il d'exactes ?

- Il existe 8 alcools isomères correspondants à cette formule brute. 

- le 2-méthylbutan-1-ol est l'un de ces isomères. 

- Il y a 5 isomères qui sont des alcools secondaires. 

- l'alcool tertiaire a pour nom 2,2-diméthylpropan-1-ol. 

- 7 isomères peuvent subir une oxydation ménagée.  




Etamage.
C'est une opération qui consiste à déposer une couche d'étain sur une pièce métallique. 
On souhaite déposer une couche d'étain d'épaisseur 85 µm 
sur toute la surface d'un cube d'acier de 4,0 cm de côté.
L'anode est constituée d'un morceau d'étain pur, 
la cathode est formée par le cube d'acier.
Les deux électrodes sont immergées dans une solution de sulfate d'étain (II). 
l'intensité est constante I = 5,8 A.
Masse volumique de l'étain r = 7,31 g/cm3 ; 1F = 96500 C mol^-1.
Question : Calculer la durée en minutes nécessaire pour réaliser l'étamage du cube d'acier.

12 ;
18 ;
22 ;
28 ;
32 ;
aucune réponse exacte 







Méthanal.
On dispose d'une solution aqueuse commerciale de méthanal notée S₀. 
On souhaite vérifier le pourcentage massique en méthanal pur de cette solution. 
On suit le protocole suivant :
Etape n°1 : détermination de la densité de la solution commerciale.
On pèse une fiole jaugée vide de 100 mL sur une balance électronique, on trouve une masse m₀ =61,4 g. 
On remplit cette fiole jaugée de la solution S₀ jusqu'au trait de jauge et on la pèse, 
on trouve une masse m₁ =170,4 g.
Question : Calculer la densité d de la solution commerciale.



Etape n°2 : dilution de la solution commerciale.
On verse le contenu de la fiole jaugée de 100 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL 
On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, on bouche et on homogénéise la solution. 
Cette solution diluée est notée S₁
 
Etape n°3 : préparation du mélange réactionnel.
Dans un becher de 250 ml, on introduit 20,0 mL de solution S₁ 
puis 10,0 mL d'une solution d'eau oxygénée à 35 % et enfin 30,0 mL d'une solution d'hydroxyde de potassium ( K⁺aq + HO^-aq) de concentration en soluté apporté c₂ =1,00 mol/L. 
On place le becher pendant 15 min au bain-marie. 
On modélise la transformation chimique qui a lieu par l'équation suivante :
2HCHO aq+H₂O₂(l) +2HO^-aq = 2HCOO^-aq +H₂(g) + 2H₂O(l).(1)

Question : Calculer le titre en volume de l'eau oxygénée.


Etape n°4 : titrage des ions hydroxyde en excès.
On laisse refroidir le mélange réactionnel. 
On dose les ions hydroxyde en excès par une solution aqueuse 
d'acide chlorhydrique de concentration c_A =1,00 mol/L. Volume d'acide versé à l'équivalence V_A = 7,8 mL.
Question : Ecrire l'équation chimique support du dosage.

Question : Calculer la quantité de matière n₀ de méthanal contenu initialement dans 20,0 mL de S₁.

Question : En déduire le pourcentage massique de méthanal pur dans la solution commerciale. 

Question : Calculer la quantité de matière de peroxyde d'hydrogène ( en mmol) restant . 


correction fixe


correction chimix

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acide bromoéthanoïque, thiosulfate, alcools, étamage, méthanal :Berck 2010.

1)
Acide bromoéthanoïque . couple acide /base : C2H3BrO2 /C2H3BrO2-.
On disout m =1,2 g de cet acide dans V = 500 mL d'eau distillée.
Le pH de la solution estégal à pH =2,3.
Question : Calculer le pKa de ce couple acide base. (2,4 ; 2,7 ; 3,1 ; 4,8 ; 9,2 ; aucune réponse exacte )

réponses possibles : 
2,4 
2,7 
3,1 
4,8 
9,2 
aucune réponse exacte

2)
acide chlorhydrique et thiosulfate de sodium.
On mélange V1 = 45 mL d'une solution aqueuse de thiosulfate de sodium de concentration en soluté apporté c1 = 0,13 mol/L
et un volume V2 = 5,0 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration c2 =0,10 mol/L.
La transformation est lente et on observe la formation d'un précipité jaune qui trouble peu à peu la solution. Dans cette transformation, appelée dismutation, l'ion thiosulfate réagit avec lui même.
Couple oxydant / réducteur : S2O32-aq / S (s) ; SO2aq / S2O32-aq.
Question : Calculer le quotient de cette réaction quand le pH devient égal à 2,8.
réponses possibles :
1,5 104
2,5 104
1,5 105
2,5 105
5,5 105
aucune réponse exacte



3)
Solubilité du chlorure de plomb.
On dissout m0 = 1,00 g de chlorure de plomb dans V = 500 mL d'eau distillée.
le solide n'est pas entièrement dissout et on note m la masse de solide non dissous.
On mesure la conductivité de la solution s = 1,11 mS cm-1.
lPb2+ = 14,0 mS m2 mol-1 ;
lCl- = 7,63 mS m2 mol-1 ;
Question : Calculer m ( en mg).
réponses possibles :
252
312
370
412
472
aucune réponse exacte


4)
Alcools saturés non cycliques de formule brute C5H12O.
Question :
Parmi les affirmations suivantes, combien y en a t-il d'exactes ?
- Il existe 8 alcools isomères correspondants à cette formule brute.
- le 2-méthylbutan-1-ol est l'un de ces isomères.
- Il y a 5 isomères qui sont des alcools secondaires.
- l'alcool tertiaire a pour nom 2,2-diméthylpropan-1-ol.
- 7 isomères peuvent subir une oxydation ménagée.

5)
Etamage.
C'est une opération qui consiste à déposer une couche d'étain sur une pièce métallique.
On souhaite déposer une couche d'étain d'épaisseur 85 µm sur toute la surface d'un cube d'acier de 4,0 cm de côté.
L'anode est constituée d'un morceau d'étain pur, la cathode est formée par le cube d'acier.
Les deux électrodes sont immergées dans une solution de sulfate d'étain (II).
l'intensité est constante I = 5,8 A.
Masse volumique de l'étain r = 7,31 g/cm3 ;
1F = 96500 C mol-1.
Question : Calculer la durée en minutes nécessaire pour réaliser l'étamage du cube d'acier.
réponses possibles :
12
18
22
28
32
aucune réponse exacte

6)
Méthanal.
On dispose d'une solution aqueuse commerciale de méthanal notée S0. On souhaite vérifier le pourcentage massique en méthanal pur de cette solution.

On suit le protocole suivant :

Etape n°1 : détermination de la densité de la solution commerciale.
On pèse une fiole jaugée vide de 100 mL sur une balance électronique, on trouve une masse m0 =61,4 g.
On remplit cette fiole jaugée de la solution S0 jusqu'au trait de jauge et on la pèse,
on trouve une masse m1 =170,4 g.
Question : Calculer la densité d de la solution commerciale.

Etape n°2 : dilution de la solution commerciale.
On verse le contenu de la fiole jaugée de 100 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL
On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, on bouche et on homogénéise la solution.
Cette solution diluée est notée S1

Etape n°3 : préparation du mélange réactionnel.
Dans un becher de 250 ml, on introduit 20,0 mL de solution S1 puis 10,0 mL d'une solution d'eau oxygénée à 35 % et enfin 30,0 mL d'une solution d'hydroxyde de potassium ( K+aq + HO-aq) de concentration en soluté apporté c2 =1,00 mol/L.
On place le becher pendant 15 min au bain-marie.
On modélise la transformation chimique qui a lieu par l'équation suivante :
2HCHO aq+H2O2(l) +2HO-aq = 2HCOO-aq +H2(g) + 2H2O(l).(1)

Question : Calculer le titre en volume de l'eau oxygénée.

Etape n°4 : titrage des ions hydroxyde en excès..
On laisse refroidir le mélange réactionnel. On dose les ions hydroxyde en excès par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration cA =1,00 mol/L. Volume d'acide versé à l'équivalence VA = 7,8 mL.
Ecrire l'équation chimique support du dosage.
Titrage acide fort base forte : HO-aq + H3O+aq = 2H2O(l).

Question : Calculer la quantité de matière n0 de méthanal contenu initialement dans 20,0 mL de S1.
Question : En déduire le pourcentage massique de méthanal pur dans la solution commerciale.
Question :Calculer la quantité de matière de peroxyde d'hydrogène ( en mmol) restant .



correction permanente

Chimix

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