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XXVIIIe Olympiade Nationale de la chimie

Première épreuve du CONCOURS REGIONAL 2011-2012 - Académie de Caen

Thème "Chimie et eau"

Durée 2h Mercredi 4 janvier 2012

Les candidats attacheront la plus grande importance à la clarté et à la concision de la

rédaction et justifieront les calculs en mentionnant tout ce qui paraît approprié.

Les calculatrices sont autorisées

Les questions sont pour la plupart indépendantes, mais la lecture attentive de certaines d’entre

elles peut donner des éléments de réponses pour d’autres.

Il est important de faire le maximum d’exercices et de traiter l’ensemble des questions. Données :

Masses atomiques relatives de quelques éléments :

H : 1,0 ; C : 12,0 ; N : 14,0 ; O : 16,0 ; Na : 23 ; Mg : 24 ; S : 32 ; Cl : 35,5 ; K : 39 ; Ca : 40,0.

Équation d’état des gaz parfaits : PV = n RT avec R = 8,315 J mol-1 K-1 et V = 22,4 L

(conditions TPN : 0°C, 1 atm) ; Nombre d’Avogadro : NA = 6,022.1023 mol-1 ;

Charge élémentaire e = 1,6.10-19 C ; Célérité de la lumière (vide) c = 3.108 m.s-1.

H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra

Questions bonus : Lecture du tableau périodique

1. Indiquer les numéros atomiques de tous les gaz rares dans le tableau ci-dessus. 2. À partir de quelle période apparaissent : les Métaux de transition , les Lanthanides et

les Actinides ?

Ce questionnaire, en plus d’une courte introduction,

comporte 4 parties indépendantes les unes des autres.

http://www.aclg.ulg.ac.be/Olymp19862007.pdf Un site riche en chimie à ne pas manquer

Michel Vazeux, Coordonnateur ORC en Basse-Normandie, 1997 – 2012

http://www.olympiades-chimie.fr/04_epreuves/terminales.htm

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Introduction : Questions dans le vent

Q1. L’air. Donner les 4 constituants principaux de l’air "naturel et sec". Puis indiquer par une croix dans la (ou les) colonne(s) appropriée(s), le constituant qui est : - responsable du caractère légèrement acide de l'eau, même distillée, en contact avec l'air ; - indispensable à la respiration de tous les êtres vivants ; - indispensable à la photosynthèse chez les plantes vertes ; - indispensable à la fabrication des engrais azotés ; - inerte chimiquement.

Constituant Formule Caractère acide de l’eau

Indispensable respiration

Indispensable photosynthèse

Indispensable engrais

Inerte chimiquement

Q2. Points d'ébullition et forces intermoléculaires. 1) Restituer à chacun des composés ci-dessous son point d'ébullition parmi la liste des valeurs suivantes (en °C) et indiquer leur formule chimique semi-développée : - 164 ; - 89 ; - 42 ; - 23 ; 78,5 ; 100,8

éthanol méthane éthane acide éthanoïque propane diméthyléther

2) À quoi attribuer les points d'ébullition les plus élevés de deux des composés ? 3) À quoi est due l'évolution des points d'ébullition les plus bas de trois des composés ?

Q3. Les polymères. La polyaddition ou la polycondensation de monomères constituent les 2 grands modes de préparation de ces matériaux dans le monde industriel et celui du vivant. Compléter le tableau suivant en mettant une croix dans les cases correspondant à des propositions correctes.

Noms des polymères

Obtenus par polyaddition Origine

Obtenus par polycondensation Origine

synthétique animale végétale synthétique animale végétale Cellulose

Polyéthylène Nylon

Glycogène Caoutchouc

naturel

Partie A : Questions autour de l’eau comme solvant

L’eau est le solvant par excellence dans lequel s’est développée la vie. Par son

caractère polaire, l’eau dissout de nombreuses molécules de faible taille. Cette dissolution peut

s’accompagner d’une ionisation totale de la molécule (H-Cl gaz) ou partielle (acides

carboxyliques R-CO2H). La plus ou moins grande solubilité des sels ioniques dans l’eau est

due au pouvoir de solvatation ou d’hydratation des ions par l’eau.

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Cochez/noircissez la (les) cases(s) correspondant à la (aux) bonne(s) réponse(s).

Q4. Dilution. Quel est le volume d'eau qu'il faut ajouter à 500 mL d'une solution aqueuse contenant 0,1 mol/L d'hydroxyde de sodium NaOH pour que la concentration de la solution obtenue soit de 0,02 mol/L ?

200 cm3 500 cm3 1000 cm3 1500 cm3 2000 cm3

Q5. Ionisation de l'eau. La constante de dissociation de l’eau, Ke = [H3O+][ OH-], aussi appelée produit ionique de l’eau, caractérise l’équilibre chimique : 2H2O H3O+ + OH- Le produit ionique de l'eau varie avec la température comme le montre le tableau ci-après.

Températures (en °C) 0 25 100

Keau (en mol/L)2 1,15.10-15 10-14 7,41.10-13

Sur la base de ces informations, cochez les réponses correctes : Une augmentation de la température augmente la conductivité électrique de l'eau. Une augmentation de la température diminue la conductivité électrique de l'eau. Une augmentation de la température ne modifie pas la conductivité de l'eau. L'ionisation de l'eau est endothermique. L'ionisation de l'eau est exothermique. L'ionisation de l'eau est athermique. Les données ne permettent pas de répondre. Q6. L'acide acétylsalicylique ou aspirine que l'on représente ici par HA s'ionise partiellement en solution aqueuse suivant la réaction limitée à un équilibre :

HA + H2O A- + H3O+

C'est un électrolyte faible. C'est un électrolyte fort. Ce n'est pas un électrolyte.

Dans l'estomac, l'aspirine rencontre le suc gastrique, riche en ions H3O+ (le pH est ≈ 1). L'équilibre d'ionisation de l'acide acétylsalicyique sera donc :

déplacé sur la droite, déplacé vers la gauche, ne sera pas modifie. Q7. Par dissolution du gaz ammoniac NH3 dans l'eau, on constate la formation d'ions NH4

+. En conséquence : La concentration en ions OH- diminue. La concentration en ions OH- augmente. Le produit des concentrations en ions H3O+ et OH- diminue. Le produit des concentrations en ions H3O+ et OH- augmente.

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Q8. La solubilité d'un sel dans l'eau, en fonction de la température, se traduit graphiquement de la manière ci-contre. Parmi les situations ci-après, quelle(s) est (sont) celle(s) qui correspond(ent) au point B du graphique ? Il manque à la solution 30 g de sel pour être saturée. La solution est exactement saturée. La solution est saturée, mais il y a, en plus, un dépôt de 15 g de sel. La solution est saturée, mais il y a, en plus, un dépôt de 30 g de sel. Il manque à la solution 15 g de sel pour être saturée.

Q9. La grande solubilité du chlorure de sodium dans l’eau (360 g/L) est illustrée dans le relargage d’un soluté par l’eau. Expliquer ce phénomène largement utilisé dans les extractions liquide-liquide. Q10. De nombreux "qualificatifs" sont attribués à l'eau dans le langage courant. Donner les noms et les formules chimiques des constituants principaux des eaux suivantes :

Type d’eau Nom Formule Eau de Javel Eau lourde

Eau oxygénée Eau régale Eau de vie

Eau de chlore Eau dure Eau forte

Exercice 1. Pour atténuer ses maux d'estomac, une "graine de chimiste" absorbe un verre d'eau qui contient 2,1 grammes d'hydrogénocarbonate de sodium (bicarbonate de sodium NaHCO3). Quel est le volume maximum de dioxyde de carbone qui pourra être libéré à 37 °C, sous la pression d'une atmosphère (101 325 Pa) ? On définira au préalable le volume molaire Vm à cette température de 37°C. Exercice 2. On dissout 2,52 g d'acide oxalique (acide éthanedioïque) solide associé à 2 molécules d'eau de cristallisation (HO2CCO2H, 2 H2O est un diacide carboxylique dihydraté) dans un ballon jaugé de 250 mL. Le volume de solution est ajusté au trait de jauge avec de l'eau distillée. a) Donner la formule développée de l’acide oxalique selon le modèle de Lewis. b) Calculer la concentration en acide éthanedioïque en mol/L de la solution aqueuse. c) Quel volume d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude NaOH) de concentration molaire (1 mol/L) faudra-t-il verser pour neutraliser cette solution acide ? Écrire au préalable la réaction qui a lieu entre l’acide oxalique et la soude en milieu aqueux.

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Partie B. Questions autour de la qualité dune eau potable

L’eau est la base de la vie sur la terre. La qualité de la vie dépend directement de celle

de l’eau. Cependant, la mauvaise qualité de l’eau se répercute sur l’environnement et la santé

des êtres vivants.

I. Les phénomènes propres aux terrains calcaires. Les eaux naturelles, chargées de dioxyde de carbone atmosphérique, transforment le carbonate de calcium insoluble des terrains calcaires où elles s'infiltrent en hydrogénocarbonate de calcium soluble :

CaCO3 (s) + H2O(l) + CO2 (g) Ca(HCO3)2 (aq) (1)

Ceci explique, entre autres, la formation des concrétions calcaires (stalactites et stalagmites). 1. Écrire en notation de Lewis les formules développées des ions carbonate et hydrogénocarbonate en n’omettant pas e figurer les charges formelles.

2. Sachant que l’ion hydrogénocarbonate est une espèce ampholyte capable de réagir sur elle-même, écrire la réaction associée à cette transformation.

3. Comment peut-on expliquer la formation des incrustations calcaires des appareils domestiques et industriels où des eaux "dures", c'est-à-dire chargées d'hydrogénocarbonate de calcium, sont portées à ébullition. Écrire la réaction correspondante. 4. Un jeune chimiste en herbe veut mettre en évidence le dioxyde de carbone en le faisant barboter dans de l'eau de chaux (solution aqueuse d'hydroxyde de calcium); celle-ci se trouble. Le chimiste, satisfait, quitte les lieux et, lorsqu'il revient, le trouble a disparu.

a) Écrire les deux équations chimiques rendant compte des phénomènes observés. b) Que peut faire le chimiste pour que le trouble réapparaisse ? Écrire l'équation chimique correspondante. c) Quel réactif le chimiste peut-il utiliser pour faire disparaître rapidement le trouble apparu ? Écrire l'équation correspondant au phénomène. II. Les résines échangeuses de cations. Pour adoucir une eau riche en ions calcium et magnésium, il est recommandé d’utiliser des résines cationiques. Ce sont en général des copolymères organiques synthétiques insolubles porteurs de groupes actifs de type sulfonate : R-SO3

-, phosphate : R-PO42- ou

carboxylate : R-COO- où R représente une chaîne carbonée. Au contact d’une solution aqueuse, elles échangent les ions Ca2+ et Mg2+ au profit le plus souvent d’ions sodium Na+.

5. À quelle famille du tableau périodique appartiennent les éléments calcium et magnésium ? Donner leur numéro atomique et indiquer le nombre d’électrons de valence qui les caractérisent.

6. Sachant que les résines sont commercialisées sous leur forme acide, écrire la forme acide correspondant à la résine de type carboxylate R-COO-.

7. Cette résine acide est plongée dans une solution de chlorure de sodium. Écrire l’équation de la réaction se produisant entre celle-ci et la membrane échangeuse d’ions sous forme acide.

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8. La solution d’eau dure est ensuite engagée dans la résine. Écrire les équations des réactions ayant lieu entre la résine saturée d’ions sodium et les ions calcium et magnésium de la solution. Un cation divalent interagit avec 2 sites de type RCO2

-.

9. La résine est régénérée en utilisant un excès d’une solution concentrée de chlorure de sodium (et le cycle peut recommencer !). Comment peut-on justifier que la réaction d’échange puisse être inversée ?

10. Cependant, une eau trop douce est dangereuse pour les personnes qui suivent un régime sans sel. Pourquoi ? Il faut alors ajouter le calcium manquant sous forme d’eau de chaux. Quels sont les ions correspondants de l’eau de chaux ?

Partie C. Questions autour de la photosynthèse

L’hydrosphère est un régulateur de la concentration en CO2 de l'atmosphère grâce à sa

grande capacité à le dissoudre. Mais le déséquilibre observé est dû à la lenteur des processus

d'absorption naturels par rapport à la vitesse d'émission du gaz carbonique par les activités

humaines.

La biosphère terrestre échange avec l'atmosphère une importante quantité de gaz

carbonique. Cet échange permet de recycler une partie du gaz carbonique émis dans

l'atmosphère.

11 - Donner les symboles chimiques des 2 éléments les plus abondants de :

La lithosphère L’hydrosphère L’atmosphère L’Univers

12 - À quelle partie du système terrestre font référence l’hydrosphère et la biosphère ? 13 - Quel est l’effet d’une augmentation de la température sur la solubilité des gaz dans l’eau ?

L'air a une densité bien moindre que l'eau. Les premières plantes, descendantes d'algues vertes, ont dû se doter de tissus de soutien performants pour conquérir les terres émergées et se dresser vers le ciel. Les sels minéraux du sol sont absorbés au niveau des racines en même temps que l'eau.

L’eau a donné naissance à la vie et les êtres vivants ont développé des stratégies d’une infinie variété pour grandir. Les algues et les diatomées dans les océans ou les plantes sur Terre constituent une source de nourriture abondante. Elles se contentent de molécules minérales (H2O, CO2 atmosphérique, sels minéraux) et d’énergie solaire pour former des hydrates de carbone notés (CH2O)n (= glucides ou oses). Avec n = 6, la réaction photosynthétique globale s’écrit :

6 CO2 + 6 H2O + énergie solaire C6H12O6 + 6 O2 (1)

C’est une réaction d’oxydoréduction complexe : en présence de lumière, une réduction du CO2 en molécules organiques est couplée à une oxydation de l’eau en O2.

14 - L'atmosphère de nos jours contient 4 fois plus de diazote que de dioxygène, environ. Calculer et comparer à celle de l'eau la masse d'un litre d'air (assimilé à un GP, VM=22,4 L).

15 - Sachant que la distance Terre - Soleil est de 150 millions de km, calculer le temps mis par sa lumière pour nous parvenir.

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16 - La diffusion des couleurs naît de la rencontre de la lumière et de la matière. Expliquer le phénomène de formation d’un arc-en-ciel par temps nuageux.

17 - Préciser les longueurs d’onde en nm associées au domaine du Visible du spectre électromagnétique.

18 - Des expériences utilisant l’isotope 18 de l’oxygène, noté 18O, ont montré que le dioxygène produit lors de la photosynthèse provient uniquement de l’eau. Il faut 2 molécules d’eau pour former 1 molécule de dioxygène. C’est la réaction de photolyse de l’eau (couple rédox H2O / O2).

a) Définir les isotopes d’un élément chimique. b) Écrire la réaction photochimique équilibrée de l’eau avec production de dioxygène gazeux. c) Écrire la réaction de réduction du CO2 en molécules organiques C6H12O6 (couple rédox mis en jeu : CO2 / C6H12O6). d) En déduire l’équation globale de la réaction photosynthétique ci-dessus (1) qui prend en compte l’origine de l’oxygène. En quoi cette réaction est précieuse pour l’environnement ? e) Comment nomme-t-on les organites cytoplasmiques spécialisés de la photosynthèse dans les végétaux chlorophylliens ?

19 - Les glucides de formule brute C6H12O6, formés par photosynthèse, sont consommés lors de la respiration de la plante. Écrire la réaction correspondante. 20 - Pourquoi dit-on, à votre avis, que la combustion de la biomasse ne contribue pas à augmenter le taux de gaz carbonique dans l’atmosphère à l’inverse des produits pétroliers. Exercice 3. La chlorophylle a pour formule brute C55H72N4O5Mg. a) Identifier les 3 fonctions principales présentes dans cette molécule. b) Quel est le pourcentage massique de magnésium contenu dans la chlorophylle ? c) Sachant que 0,5 kg de feuilles contient environ 1 g de chlorophylle, quelle masse de magnésium est absorbée si on mange 100 g de feuilles, sous forme de salade par exemple.

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Partie D. Questions autour d’une pile à combustible Extrait d’un article de Luzzi A., CLEFS CEA N° 50/51, HIVER 2004-2005 :

Peut-on imaginer voir un jour sur les toits des collecteurs solaires qui généreraient de l’hydrogène et de l’oxygène plutôt que de l’eau chaude ? Ce scénario pourrait se concrétiser autour de solutions que les progrès dans le domaine de la dissociation photoélectrochimique de l’eau par la lumière solaire rendent maintenant possibles.

Des cellules photoélectrochimiques (PEC) illuminées par la lumière solaire peuvent décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène. De telles cellules emploient des électrodes photoactives immergées dans un électrolyte aqueux ou dans l’eau. Sous leur forme la plus simple, elles peuvent être décrites comme des dispositifs photovoltaïque/électrolytique intégrés ou monolithiques. Une large variété de processus PEC et de photocatalyse susceptibles de dissocier l’eau sont étudiés de par le monde.

Un possible futur "triangle énergétique post-combustibles fossiles", basé sur l’énergie solaire, aurait pour vecteurs énergétiques clés l’électricité et l’hydrogène. Le photovoltaïque, les piles à combustibles et les cellules photoélectrochimiques seraient les technologies qui le rendraient possible (source : Andréas Luzzi).

En bref, une partie de l’énergie solaire peut être transformée en énergie électrique par

une cellule photovoltaïque ou capteur solaire. Celle-ci permet la production de dihydrogène

gazeux par électrolyse de l’eau. L’hydrogène produit est stocké et ensuite utilisé dans une pile

à combustible. Comme le montre la figure ci-dessous, l’hydrogène et l’électricité sont deux

vecteurs du futur complémentaires et interchangeables.

Site de l’Association Française de l’Hydrogène http://www.afh2.org

Électricité

Hydrogène

Électrolyse Pile à combustible

I - L’électricité solaire. 21. Quel est le matériau métallique le plus couramment rencontré dans les panneaux solaires ? 22. L’explication du phénomène physique qui accompagne l’éjection d’électrons par une surface métallique éclairée avec un rayonnement solaire suffisamment énergétique a été donnée par Einstein en 1905.

a) Comment appelle-t-on ce phénomène responsable de la production d’électricité ? b) Quel nom portent les particules qui illustrent le caractère corpusculaire de la lumière ?

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II - L’électrolyse de l’eau. Afin de réaliser l’électrolyse de l’eau, les bornes de la cellule photovoltaïque

(générateur électrique) sont reliées à deux électrodes de platine immergées dans une solution

aqueuse d’acide sulfurique. Les gaz formés sont naturellement récupérés pour être ensuite

entièrement utilisés dans une pile à combustible.

Les couples d’oxydoréduction mis en jeu sont O2(g) / H2O(l) et H+(aq) / H2(g). L’équation

modélisant la transformation ayant lieu lors de l’électrolyse est : 2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g).

23. Sur la figure ci-contre : - Nommer les électrodes et indiquer leur polarité. - Quels sont les types de réactions qui ont lieu à chaque électrode ? - Indiquer les sens du courant et du déplacement des électrons.

24. Écrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes.

25. L’électrolyse de l’eau est-elle une transformation spontanée ? Justifier. III - La pile à hydrogène. Largement utilisé dans le domaine spatial comme source d’électricité depuis les

missions Apollo, ce convertisseur d’énergie non polluant apparaît comme le générateur idéal

des voitures à moteur électrique du futur. À l’heure actuelle, son développement est toutefois

freiné par le coût de fabrication et par la difficulté de stocker le dihydrogène.

Une pile à hydrogène est un assemblage de plusieurs cellules élémentaires. Chaque

cellule est composée de deux électrodes poreuses qui contiennent du platine comme catalyseur.

Elles sont séparées par un électrolyte (H3PO4).

Les deux compartiments disjoints sont

alimentés en continu en gaz H2 et O2.

26. Compléter le schéma de la pile en y indiquant :

- Le sens de circulation et la nature des porteurs de charge à l’extérieur de la pile en rouge.

- Le nom et la polarité des électrodes. 27. Qu’est qu’un électrolyte ? Qu’est qu’un catalyseur ? 29. Écrire les demi-équations se produisant à chaque électrode lorsque cette pile acide débite. Montrer que l’équation globale de fonctionnement s’écrit : 2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)

30. Quel est l’avantage d’utiliser une pile à hydrogène pour l’environnement ?

H2O

G Dégagement

gazeux Dégagement

gazeux

H2SO4

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Exercice final. Un peu de détente !

Comment s’appelle le dernier Prix Nobel israélien de Chimie 2011 ? Il porte un prénom bien français.

1 2 3 4 5 6

7 S 8 9

10 11 12 13 14 15

1. Nom général attribué aux esters du glycérol, le propane-1,2,3-triol. 2. Alcool formé par fermentation des sucres. 3. Gaz formé par réaction de l’eau avec les métaux alcalins. 4. Famille biochimique des polymères naturels formés par condensation d’acides aminés. 5. Qualifie une eau formée d’un mélange d’acides nitrique et chlorhydrique concentrés

qui peut dissoudre l’or. 6. Biopolymère végétal utilisé pour ses caractéristiques fibreuses en papeterie. 7. Phénomène de diffusion à travers une membrane semi-perméable utilisé dans le

dessalement de l’eau de mer. 8. Procédé de dessiccation par congélation brutale.. 9. Réaction inverse de l’estérification. 10. Famille biochimique des hydrates de carbone ou oses. 11. Nom donné à la réaction d’un composé qui s’accompagne d’une perte d’eau. 12. Réaction qui conduit à la décomposition de l’eau en ses corps simples. 13. Qualifie une eau riche en chlorure de sodium. 14. Technique de purification d’un composé solide. 15. Réaction qui caractérise la formation d’un savon à partir d’un ester.

L'eau est le solvant dans lequel la nature effectue toutes les transformations chimiques liées à la vie. "L'eau n'est pas la source de la vie, elle est la vie" : Antoine de Saint-Exupéry Quel est l’auteur de ces lignes qui écrivait dès 1874, dans l’Ile Mystérieuse : "Je pense qu’un jour, l’hydrogène et l’oxygène seront les sources inépuisables fournissant chaleur et lumière" ! Je suis la fée de la matière. Je suis la clé de la vie. Qui suis-je ? FIN de l’énoncé Bon courage

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Correction - Réponses partielles 1. Dans l’ordre : 2, 10, 18, 36, 54, et 86 ; 2. À partir de 4, 6 et 7 respectivement.

Introduction : Questions dans le vent Q1 Constituant Formule Caract.

ac. eau Indispensable

respiration Indispensable photosynthèse

Indispensable engrais

Inerte chimiquement

diazote N2

dioxygène O2

Gaz carbonique

CO2

Argon Ar Q2 éthanol méthane éthane acide éthanoïque propane diméthyléther

1. C2H5OH CH4 CH3CH3 CH3CO2H (CH3)2CO (CH3)2O 78,5 - 164 - 89 100,8 - 42 - 23

2. Formation de liaisons "hydrogène"; 3. Masse molaire Q3

Noms polymères Obtenus par polyaddition/Origine Obtenus par

polycondensation/Origine synthétique animale végétale synthétique animale végétale Cellulose

Polyéthylène

Nylon

Glycogène

Caoutchouc nat. Partie A : Questions autour de l’eau comme solvant

Q4. 2000 cm3 Q5. Une augmentation de la température augmente la conductivité électrique de l'eau. L'ionisation de l'eau est endothermique. Q6. C'est un électrolyte faible. déplacé vers la gauche Q7. La concentration en ions OH- augmente. Q8. Il manque à la solution 30 g de sel pour être saturée. Q9. Les ions Na+ et Cl- sont solvatés par l’eau au détriment d’un soluté + ou – polaire (peu soluble dans l’eau) qui est relargué en phase organique. Q10 Type d’eau Nom Formule

Eau de Javel Ion hypochlorite ClO- Eau lourde Oxyde de dideutérium D2O Eau oxygénée Peroxyde d’hydrogène H2O2 Eau régale Acides chlorhydrique et nitrique HCl + HNO3 Eau de vie Ethanol C2H5OH Eau de chlore Dichlore Cl2 Eau dure Ions calcium et magnésium Ca2+ et Mg2+ Eau forte Acide nitrique HNO3

Exercice 1. a) VM = 22,4x310/273 = 25,4 L b) M(NaHCO3) = 84 g donc 2,1 / 84 = 0,025 mol et d’après HCO3

-aq + H+

aq H2O + CO2, on calcule V(CO2) = 25,4x0 025 = 0,635 L Exercice 2. b) 2,52/126 = 0,02 mol dans 250 mL 0,06 mol/L ; c) H2C2O4 + 2 HO- C2O4

2- + 2 H2O , il faut donc 0,04 mol de soude soit 40 mL de solution 1N.

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Partie B : Questions autour de la qualité d’une eau potable 2. HCO3

-(ac) + HCO3-(base)H2CO3 + CO3

2-3. Ca(HCO3)2(aq) CaCO3 + H2O + CO2

4a. Ca2+(aq) + 2 HO-(aq) + CO2(aq) CaCO3 + H2O

CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2(aq) Ca(HCO3)2 aq, soluble 4b. Chauffer solution / ajouter Ca(OH)2 4c. CaCO3 + 2H3O+

Ca2+(aq) + CO2 +3 H2O 5. Alcalino-terreux / 12Mg, 20Ca / 2 électrons de valence 6. RCO2

- + H+ RCO2H 7. RCO2H + NaCl RCO2Na + HCl 8. 2 RCO2Na + Ca2+ (RCO2)2Ca + 2 Na+/idemMg2+ 9. Excès d’ions Na+ 10. Eau riche en NaCl / Ca2+ et HO-

Partie C : Questions autour de la photosynthèse 11. La lithosphère L’hydrosphère L’atmosphère L’Univers

Si / O H / O O / N H / He 12. Respectivement océan / zones terrestre et atmosphérique où existe la vie 13. s diminue 14. Masse de 5 moles d’air = 4 N2 + O2 = 144 g soit 28,8 g/mol d’air ou 1,285 g/L d’air 15. 150.106 / 3.105 = 500 s (8 min 20 s) 16. Les gouttes d’eau jouent le rôle d’un prisme et décomposent la lumière selon λ 17. 400 - 800 nm 18a. Z identique et A différent b. (2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e-)x6 et c. (6 CO2 + 12 H+ + 12 e- C6H12O6 + 6 H2O)x2 donnent d. : 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 e. Chloroplastes 19. Réaction inverse de la réaction d. 20. Consommation de CO2 par photosynthèse et rejet de CO2 par combustion. Exercice 3. a) Alcène / cétone / ester b) 24 / 892 = 0,0269 soit 2,7 % c) 1 g de chlorophylle contient 0,027 g de Mg donc dans 100 g de feuilles il y a 27 / 5 = 5,4 mg de Mg

Partie D : Questions autour d’une pile à combustible 21. Si 22a. Effet photélectrique b. Photon 23. Electrolyse de l’eau

24. Oxydattion de l’eau à l’anode + 2 H2O O2 + 4 H+

(aq) + 4 e-

Réduction à la cathode - 2 H+ + 2 e- H2 24. Elle nécessite de l’ énergie

(= forcée)

26. Pile à hydrogène

28. Oxydation à l’anode – H2 2 H+ + 2 e-

Réduction à la cathode + O2 + 4 H+

(aq) + 4 e- 2 H2O 29. Emission de CO2 nulle.

Mots croisés : Le Nobel de Chimie 2011 est M. Daniel Shechtman

H2O

gaz gaz

H2SO4

Cathode - réduction

G

Anode + oxydation

Sens e-

Anode -

Cathode +