Epreuve de chimie au probatoire C et D 2018

Exercice I : Chimie organique
1.1 Formule semi-développée de l’éthyne : $HC \equiv CH$ 0,25pt
1.2 L’éthyne appartient à la famille des alcynes 0,25pt
1.3 Équation-bilan de la réaction : 0,5 pt
$Ca{C_2}$ $+ 2{H_2}O$ $\to$ ${C_2}{H_2} +$ $Ca{(OH)_2}$
1.4 Calcule du volume d’éthyne
Le pourcentage d’impureté étant 25%, celui de pureté est donc P=75%
$P =$ $\frac{{{m_{Ca{C_2}}}(pur)}}{{{m_{Ca{C_2}}}}} \times 100$
Avec ${{m_{Ca{C_2}}} = 14}$ kg
${m_{Ca{C_2}}}(pur) =$ $\frac{{P.{m_{Ca{C_2}}}}}{{100}}$
D’après le bilan molaire
${n_{{C_2}{H_2}}} =$ ${n_{Ca{C_2}}}(pur)$
Soit
${V_{{C_2}{H_2}}} =$ $\frac{{Vm \times P \times {m_{Ca{C_2}}}}}{{{M_{Ca{C_2}}}}}$ 0,5pt
AN : ${V_{{C_2}{H_2}}} =$ $3937,5$ L 0,25pt
2.1 Formules semi-développées des deux produits :
* Éthène : ${H_2}C = C{H_2}$ 0,5pt
* Éthane : ${H_3}C - C{H_3}$ 0,5 pt
2.2 Structure géométrique de l’éthène : L’éthène a structure géométrique plane 0,25pt
2.3 Famille des composes appartenant à chacun des produits
* Éthène : Alcène 0,25pt
* Éthane : Alcane 0,25pt
2.4 Equations bilans se produisant à partir de l’éthyne
${C_2}{H_2}$ $+ {H_2}$ $\xrightarrow{Ni}$ ${C_2}{H_4}$ 0,5pt
${C_2}{H_4} +$ ${H_2}$ $\xrightarrow{Ni}$ ${C_2}{H_6}$ 0,5pt
2.5 Calcule du volume de l’éthane
Véthane= Véthyne – Véthène = 0,1-0,05=0,05 m³
3.1 Trois produits issus de la distillation sous vide du pétrole : Huiles, lubrifiants, fiouls lourds, paraffines… 0,25x3=0,75 pt
3.2 Importance du reformage catalytique : Il permet d’améliorer l’indice d’octane des carburants 0,25 pt
3.3.1 Formule semi-développée du benzène 0,5pt
3.3.2 Trois précautions à prendre lors de la manipulation :
* Travailler sous une hotte aspirante
* Travailler dans une cuve contenant l’eau glacée
* Verser le benzène goutte à goutte
3.3.3 Calcule de la masse de l’acide nitrique fumant :
${C_6}{H_6} +$ $HN{O_3}$ $\to$ ${C_6}{H_5}N{O_2}$ $+ {H_2}O$
${n_{{C_6}{H_6}}} = {n_{HN{O_3}}}$ (1)
$P =$ $\frac{{{m_{HN{O_3}}}}}{{{m_{HN{O_3}}}(fumant)}}$ $\times 100$ (2)
De (1) et (2), nous obtenons :
${m_{HN{O_3}}}(fumant)$ $=$ $\frac{{100 \times \varphi \times {V_m} \times {M_{HN{O_3}}}}}{{P \times {M_{{C_6}{H_6}}}}}$ 0,25 pt
AN : ${m_{HN{O_3}}}(fumant)$ $= 789,77g$ 0,5 pt
3.3.4 Calcule de la masse du mono nitrobenzène obtenue
$Rd =$ $\frac{{{m_{{C_6}{H_5}N{O_2}}}(obtenue)}}{{{m_{{C_6}{H_5}N{O_2}}}(attendue)}}$ $\times 100$
Bilan molaire
${m_{{C_6}{H_5}N{O_2}}}(attendue)$ $= {n_{{C_6}{H_6}}}$
Ainsi :
${m_{{C_6}{H_5}N{O_2}}}(attendue)$ $=$ $\frac{{Rd \times {M_{{C_6}{H_5}N{O_2}}} \times \varphi \times V}}{{{M_{{C_6}{H_6}}} \times 100}}$ 0,25 pt
AN : ${m_{{C_6}{H_5}N{O_2}}}(attendue)$ $= 1318,9$ g 0,25pt

Exercice II : Oxydoréduction et engrais 8 pts
I Oxydoréduction
I.1 Définitions :
* Dosage : Opération qui consiste à déterminer la concentration d’une espèce chimique dans une solution 0,25 pt
* Potentiel d’oxydoréduction : C’est la différence de potentiel en circuit ouvert entre électrode constituée d’un couple redox et l’électrode standard à hydrogène 0,25 pt
1.2 Équilibrage de l’équation-bilan en utilisant les nombres d’oxydation
En tenant compte de l’indice du carbone dans ${C_2}O_4^{2 - }$ on a :
$x\Delta n.o$ $+ 2y\Delta n.o$ $= 0$
$x( - V)$ $+ 2y( + I)$ $= 0$
On trouve donc :
$\left\{ \begin{array}{l}x = 2\\y = 5\end{array} \right.$
En remplaçant x et y et en tenant compte de la conservation des atomes et des charges électriques
$2MnO_4^ -$ $+ 16{H_3}{O^ + }$ $+ 5{C_2}O_4^{2 - }$ $\to$ $2M{n^{2 + }} +$ $10C{O_2}$ $+ 24{H_2}O$ 0,5 pt
1.3.1 Couples Oxydant/Réducteur mis en jeu 0,25 x2=0,5 pt
$F{e^{2 + }}/Fe$
${H_3}{O^ + }/{H_2}$
1.3.2 Demi-équations électroniques correspondante à chaque couple
$Fe$ $\to$ $F{e^{2 + }}$ $+ 2{e^ - }$
${H_3}{O^ + } +$ $2{e^ - }$ $\to$ ${H_2} +$ $2{H_2}O$
1.3.3 Équation-bilan de la réaction 0,5pt
$Fe +$ $2{H_3}{O^ + }$ $\to$ $F{e^{2 + }} +$ ${H_2} +$ $2{H_2}O$
1.3.4 Oxydant fort : ${H_3}{O^ + }$ ; Réducteur fort : $Fe$ 0,25x2=0,5 pt
1.3.5 Gaz dégagée : dihydrogène
1.3.6 Calcule du volume de ce gaz
D’après l’équation bilan,
${n_{Fe}} = {n_{{H_2}}}$ $\Rightarrow$ ${V_{{H_2}}} =$ $\frac{{{m_{Fe}} \times Vm}}{{{M_{Fe}}}}$ 0,25 pt
AN : ${V_{{H_2}}} = 1,29$ L 0,25 pt
1.3.7 Montrons que l’acide chlorhydrique était en excès :
$\frac{{{n_{{H_3}{O^ + }}}}}{2} = 0,1$ mol/L
$\frac{{{n_{Fe}}}}{1} =$ $5,3 \times {10^{ - 2}}$ mol/L 0,25pt
$\frac{{{n_{Fe}}}}{1} \prec \frac{{{n_{{H_3}{O^ + }}}}}{2}$ Donc l’acide chlorhydrique était en excès 0,25pt
1.4.1 Représentation conventionnelle de la pile
1.4.2 Polarité 0,25x2=0,5 pt
• Pôle positif : Électrode d’or
• Pôle négatif : Électrode de magnésium
1.4.3 Calcule de la force électromotrice 0,25pt
$E =$ ${E^o}(A{u^{3 + }}/Au)$ $- {E^o}(M{g^{2 + }}/Mg)$
$E = 3,87$ V
1.4.4 Équation–bilan de fonctionnement de la pile
Pôle négatif : $Mg \to$ $M{g^{2 + }} +$ $2{e^ - }$ 0,25 pt
$A{u^{3 + }} +$ $3{e^ - }$ $\to Au$
1.4.5 Équation-bilan de fonctionnement de la pile
$3Mg +$ $2A{u^{3 + }}$ $\to$ $3M{g^{2 + }}$ $+ 2Au$
2. Engrais
2.1 Engrais ternaire : Engrais renfermant trois éléments fertilisant N,P et K 0,25 pt
2.2.1 Trois éléments fertilisants indispensables pour la fertilisation du sol
L’azote, le phosphore et le potassium 0,25x3=0,75 pt
2.2.2. Cinq noms des principaux ions apportés par les engrais chimiques 0,25x5= 1,25 pt
Ion phosphate, Ion nitrate, Ion potassium, Ion ammonium, Ion hydrogénophosphate, ion sulfate …

Exercice III  Type expérimental
1. Schéma annoté du dispositif expérimental
2. Équation–bilan de la réaction
$A{l_4}{C_3}$ $+ 12{H_2}O$ $\to 3C{H_4}$ $+ 4Al{(OH)_3}$ 1pt
3. Pour amorcer ou accélérer cette réaction, il faut plonger le flacon contenant le mélange (carbure d’aluminium + eau acidulée) dans l’eau tiède (peu chaude) 0,5pt
4. Verrerie dans laquelle est recueilli le méthane : Tube à essai ou éprouvette 0,5pt
5. État physique de ‘hydroxyde d’aluminium : état solide 0,5 pt

Epreuve de chimie au probatoire C et D 2018