Exetat de chimie 2021-Scientifiques
Question 1
1.50 ml d’une solution de sulfate de cuivre II renferme 2 g de soluté. La molarité de cette solution est :
Correction
La molarité est donnée par :
\[
C = \frac{n}{V}
\quad \text{où } n = \frac{m}{M}
\]
1. Masse molaire du sulfate de cuivre II
\[
\text{CuSO}_4 :\quad M = 63{,}5 + 32 + 4 \times 16 = 63{,}5 + 32 + 64 = 159{,}5\ \text{g/mol}
\]
2. Quantité de matière
\[
n = \frac{2}{159{,}5} \approx 0{,}01254\ \text{mol}
\]
3. Volume en litres
\[
V = 50\ \text{mL} = 0{,}050\ \text{L}
\]
4. Molarité
\[
C = \frac{0{,}01254}{0{,}050} \approx 0{,}2508\ \text{mol/L}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : a. } 0{,}250\ \text{M}}
\]
2.On dispose d’un minerai de cuivre de formule chimique : \(\text{CuCO}_3 \cdot \text{Cu(OH)}_2\). La masse de cuivre contenue dans \(70\ \text{g}\) de ce minerai est :
Correction
Le composé \(\text{CuCO}_3 \cdot \text{Cu(OH)}_2\) contient **2 atomes de cuivre** par molécule.
1. Masse molaire du composé
\[
M = 2 \cdot 63{,}5 + 12 + 3 \cdot 16 + 2 \cdot (16 + 1)
\]
\[
M = 127 + 12 + 48 + 2 \cdot 17 = 127 + 12 + 48 + 34 = 221\ \text{g/mol}
\]
2. Masse de cuivre dans 1 mole
\[
m_{\text{Cu}} = 2 \cdot 63{,}5 = 127\ \text{g}
\]
3. Proportion massique
\[
\frac{127}{221} \approx 0{,}574
\]
4. Masse de cuivre dans 70 g de minerai
\[
m = 0{,}574 \cdot 70 \approx 40{,}18\ \text{g}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : e. } 40\ \text{g}}
\]
3.L’expression de concentration qui donne le nombre d’équivalent – gramme de soluté par litre de solution est la :
Correction
La concentration en équivalents-gramme par litre s’appelle :
\[
\boxed{\text{normalité}}
\]
Définitions utiles :
- Molarité : mol de soluté par litre de solution.
- Molalité: mol de soluté par kg de solvant.
- Normalité: équivalents-gramme par litre de solution.
- Formalité : concentration en formules-unités (rarement utilisée).
- Teneur : concentration exprimée en pourcentage ou ppm (non molaire).
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : d. normalité}}
\]
4.La molécule covalente qui possède une structure spatiale triangulaire est :
Analyse VSEPR
- NH₃ → pyramide trigonale (pas triangulaire)
- HF → linéaire (1 liaison)
- CH₄ → tétraédrique
- H₂S → coudée (comme H₂O)
- BCl₃ → trigonal plan (structure triangulaire)
La seule molécule plane et triangulaire est :
\[
\boxed{\text{BCl}_3}
\]
5.Une solution d’acide chlorhydrique a un pH d’une unité. La molarité des ions hydrogène de cette solution est (en mol/l) :
Correction
La définition du pH est :
\[
\text{pH} = -\log [\text{H}^+]
\]
1. On donne : pH = 1
\[
1 = -\log [\text{H}^+] \Rightarrow [\text{H}^+] = 10^{-1} = 0{,}1\ \text{mol/L}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : a. } 1 \cdot 10^{-1}\ \text{mol/L}}
\]
6.La production de la chaux vive par grillage du calcaire selon la réaction : \(\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2\) possède un rendement de \(60\%\). Indiquez la masse de chaux vive à obtenir à partir de \(600\ \text{kg}\) de calcaire.
Correction
1. Masse molaire du calcaire (CaCO₃)
\[
M_{\text{CaCO}_3} = 40 + 12 + 3 \cdot 16 = 100\ \text{g/mol}
\]
2. Masse molaire de la chaux vive (CaO)
\[
M_{\text{CaO}} = 40 + 16 = 56\ \text{g/mol}
\]
3. Rendement théorique
La réaction 1:1 donne :
\[
100\ \text{g de CaCO}_3 \rightarrow 56\ \text{g de CaO}
\Rightarrow \text{rendement théorique} = \frac{56}{100} = 0{,}56
\]
4. Masse théorique de CaO à partir de 600 kg
\[
m_{\text{théorique}} = 0{,}56 \cdot 600 = 336\ \text{kg}
\]
5. Rendement réel à 60\%
\[
m_{\text{réel}} = 336 \cdot \frac{60}{100} = 201{,}6\ \text{kg}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : d. } 218\ \text{kg}}
\quad \text{(valeur la plus proche de 201{,}6 kg)}
\]
7.Indiquez le volume d’hydrogène libéré dans les conditions normales, lorsqu’on fait réagir complètement 168 g de fer avec une quantité d’acide sulfurique en excès.
Correction
Réaction de dissolution :
\[
\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2
\]
1. Quantité de matière de fer
\[
M(\text{Fe}) = 56\ \text{g/mol}
\]
\[
n(\text{Fe}) = \frac{168}{56} = 3\ \text{mol}
\]
2. Quantité de matière de dihydrogène
La stœchiométrie est 1:1 :
\[
n(\text{H}_2) = 3\ \text{mol}
\]
3. Volume dans les conditions normales
À CN :
\[
V_m = 22{,}4\ \text{L/mol}
\]
\[
V(\text{H}_2) = n \cdot V_m = 3 \cdot 22{,}4 = 67{,}2\ \text{L}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : e. } 67{,}2\ \text{L}}
\]
8.Un chimiste mélange 20 ml d’une solution d’hydroxyde de sodium normale avec 80 ml d’une solution de sulfate d’hydrogène décinormale. La masse du sel formé lors de cette réaction est (en mg) :
Correction
Réaction globale :
\[
2\text{NaOH} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}
\]
On travaille en \textbf{équivalents} (normalité).
1. Équivalents de NaOH
Solution normale : \(N = 1\ \text{N}\)
\[
V = 20\ \text{mL} = 0{,}020\ \text{L}
\]
\[
\text{Eq}_{\text{NaOH}} = N \cdot V = 1 \cdot 0{,}020 = 0{,}020\ \text{eq}
\]
2. Équivalents de H\(_2\)SO\(_4\)
Solution décinormale : \(N = 0{,}1\ \text{N}\)
\[
V = 80\ \text{mL} = 0{,}080\ \text{L}
\]
\[
\text{Eq}_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 0{,}1 \cdot 0{,}080 = 0{,}008\ \text{eq}
\]
L’acide est \textbf{limitant} (0,008 eq).
3. Équivalents et moles de sel \(\text{Na}_2\text{SO}_4\)
Le sel \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) a une valence de 2 → \(1\ \text{mol} = 2\ \text{eq}\).
\[
n(\text{Na}_2\text{SO}_4) = \frac{0{,}008}{2} = 0{,}004\ \text{mol}
\]
4. Masse de \(\text{Na}_2\text{SO}_4\)
\[
M(\text{Na}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot 23 + 32 + 4 \cdot 16 = 46 + 32 + 64 = 142\ \text{g/mol}
\]
\[
m = n \cdot M = 0{,}004 \cdot 142 = 0{,}568\ \text{g} = 568\ \text{mg}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : d. } 568\ \text{mg}}
\]
9.La nicotine est la principale substance chimique qui rend la cigarette préjudiciable à la santé. Une dose de 3,26 mg/kg est mortelle chez la souris.
La teneur de nicotine capable de provoquer la mort d’une souris est :
On cherche la teneur massique en pourcentage :
\[
\text{Teneur} = \frac{3{,}26\ \text{mg}}{1\,000\,000\ \text{mg}} \times 100 = \frac{3{,}26}{10^6} \times 100
= 3{,}26 \cdot 10^{-4}\ \%
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : a. } 3{,}26 \cdot 10^{-4}\ \%}
\]
10.La nicotine est la principale substance chimique qui rend la cigarette préjudiciable à la santé. Une dose de 3,26 mg/kg est mortelle chez la souris.
La masse (en mg) de nicotine capable de provoquer la mort d’une souris pesant 250g est :
1. Masse de la souris
\[
m = 250\ \text{g} = 0{,}250\ \text{kg}
\]
2. Dose létale
\[
\text{Dose} = 3{,}26\ \text{mg/kg}
\Rightarrow \text{Nicotine} = 3{,}26 \cdot 0{,}250 = 0{,}815\ \text{mg}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : b. } 0{,}815\ \text{mg}}
\]
11.Les cases quantiques ci-après représentent les structures électroniques des couches externes de quelques atomes, dans des molécules covalentes.
L’atome se trouvant dans un état d’hybridation 𝑠𝑝3 est celui dont la structure électrique est :
Rappel sur l’hybridation sp³
- Elle concerne un atome avec 4 orbitales hybrides identiques.
- Ces orbitales proviennent du mélange : \(1s + 3p\)
- On observe 4 cases quantiques contenant chacune **1 électron célibataire** (configuration tétraédrique).
- Exemple typique : le carbone dans le méthane (CH₄).
Analyse des schémas
- Le bon diagramme doit montrer 4 orbitales de même niveau, chacune avec **1 flèche** (électron célibataire).
- Cela correspond à l’état excité et hybridé du carbone : \(2s^1 2p^3\) → 4 orbitales sp³.
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : c. C}}
\]
12.Parmi les expressions ci-après utilisées en chimie:
La longueur d’onde (A)
L’orbitale atomique (B)
Le nombre quantique (C)
La raie spectrale (D)
La radioactivité (E).
Celle qui représente le domaine de l’espace autour du noyau où l’on peut trouver l’électron est :
- Longueur d’onde → distance entre deux crêtes d’onde (pas une zone spatiale autour du noyau)
- Nombre quantique → définit l’état énergétique, mais pas directement la zone spatiale
- Raie spectrale → émission/absorption de photons
- Radioactivité→ phénomène nucléaire
Seule bonne définition:
\[
\text{Orbitale atomique} = \text{zone de l’espace autour du noyau où la probabilité de trouver l’électron est élevée}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : b. l’orbitale atomique}}
\]
13.Une demi-pile est formée des solutions équimolaires en ions : \(\text{MnO}_4^-\) et \(\text{Mn}^{2+}\), en milieu acide sulfurique de concentration normale. Le couplage de cette demi-pile avec l’électrode normale à hydrogène débite un potentiel redox de :
Le couple redox est :
\[
\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5e^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}
\]
En milieu acide (H₂SO₄ normal), avec concentrations équimolaires, on utilise le potentiel standard :
\[
E^\circ(\text{MnO}_4^- / \text{Mn}^{2+}) = 1{,}51\ \text{V}
\]
Puisque l’électrode de référence est l’électrode normale à hydrogène (ENH), de potentiel \(E^\circ = 0\ \text{V}\),
le potentiel mesuré est simplement :
\[
E = 1{,}51\ \text{V}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : e. } 1{,}510\ \text{V}}
\]
14.La dexaméthasone, une molécule de formule chimique :
C’est une hormone synthétique utilisée dans le traitement contre la covid-19. Elle calme la douleur, renforce les anticorps, accélère la production de protéines. La dose journalière étant de 0,8 mg/kg de poids corporel, le nombre de moles de dexaméthasone à administrer quotidiennement chez une personne de 70 Kg est :
1. Masse journalière
\[
m = 0{,}8\ \text{mg/kg} \cdot 70\ \text{kg} = 56\ \text{mg}
\]
2. Masse molaire de la dexaméthasone
\[
M = 392\ \text{g/mol} = 392\,000\ \text{mg/mol}
\]
3. Nombre de moles
\[
n = \frac{m}{M} = \frac{56}{392\,000} \approx 0{,}00014286\ \text{mol}
= 14{,}286 \cdot 10^{-5}\ \text{mol}
\]
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : c. } 14 \cdot 10^{-5}\ \text{mol}}
\]
15.Concernant la recherche en chimie, la représentation de l’atome selon laquelle « les électrons tournent autour du noyau comme les planètes le font autour du soleil » est l’oeuvre de :
- Mendeleïv → classification périodique
- Rutherford→ modèle nucléaire (noyau central, mais sans orbites définies)
- Becquerel→ découverte de la radioactivité
- Dalton → modèle de la bille indivisible
- Bohr → modèle planétaire : électrons en orbites circulaires autour du noyau
Conclusion
\[
\boxed{\text{Réponse : e. Niels Bohr}}
\]
16.Parmi les expressions ci-après utilisées en chimie:
La longueur d’onde (A)
L’orbitale atomique (B)
Le nombre quantique (C)
La raie spectrale (D)
La radioactivité (E).
Celle qui résulte du passage de l’électron d’un niveau d’énergie à un autre est :
Analyse
- Lorsqu’un électron change de niveau d’énergie, il absorbe ou émet un photon.
- Ce photon correspond à une raie spectrale dans un spectre d’émission ou d’absorption.
- Les autres termes ne décrivent pas ce phénomène :
- Longueur d’onde → caractéristique d’une onde
- Orbitale atomique → zone de probabilité
- Nombre quantique → paramètre de description
- Radioactivité → phénomène nucléaire
La bonne réponse est : d. la raie spectrale
17.Concernant la recherche en chimie, la représentation de l’atome selon laquelle « les minerais émettent des rayonnements capables de noircir les plaques photographiques et de rendre l’air conducteur d’électricité » est l’oeuvre de :
Analyse
La phrase décrit la découverte de la radioactivité naturelle}.
Cette découverte revient à :
\[
\textbf{Henri Becquerel}
\]
En 1896, il observe que des sels d’uranium noircissent spontanément des plaques photographiques
et ionisent l’air, révélant l’existence d’un rayonnement invisible.
Les autres savants ne correspondent pas :
- Mendeleïv → classification périodique
- Rutherford → modèle nucléaire
- Dalton → théorie atomique primitive
- Bohr → modèle planétaire quantifié
Réponse : c. Henri Becquerel
18.Parmi les expressions ci-après utilisées en chimie: La longueur d’onde (A) L’orbitale atomique (B) Le nombre quantique (C) La raie spectrale (D) La radioactivité (E). Celle qui étudie la transmutation des atomes est :
- La transmutation des atomes = transformation d’un noyau en un autre.
- Ce phénomène appartient à la radioactivité (désintégration nucléaire, émission de particules, changement d’élément).
- Les autres termes ne concernent pas la transformation du noyau :
- Longueur d’onde → propriété d’une onde
- Orbitale atomique → zone de probabilité électronique
- Nombre quantique → caractérise un électron
- Raie spectrale → transition électronique
Réponse : e. la radioactivité
19.Concernant la recherche en chimie, la représentation de l’atome selon laquelle : « Toute matière est divisible jusqu’à l’obtention des minuscules sphères indestructibles et indivisibles appelées atomes » est l’oeuvre de :
La phrase décrit le modèle atomique de Dalton (début du XIXᵉ siècle) :
- La matière est constituée d’atomes.
- Les atomes sont des sphères indivisibles et indestructibles.
- Chaque élément possède ses propres atomes.
Les autres savants ne correspondent pas :
- Mendeleïv → classification périodique
- Rutherford → noyau central et électrons autour
- Becquerel → radioactivité
- Bohr → orbites quantifiées
Réponse : d. John Dalton