نموذج المباراة الوطنية المشتركة CNC 2014: الكيمياء - شعبة TSI لولوج مدارس المهندسين
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باختصار
هذا نموذج امتحان كتابي سابق لمباراة مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين لدى المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية) (2014)، منشور على وظيفة إنفو للاطلاع والتحميل المجاني بصيغة PDF مع تصحيح مقترح.
- الجهة المنظمة
- المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية)
- الدرجة
- مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين
- التخصص
- الكيمياء
- الدورة
- 2014
- عدد الصفحات
- 5
- لغة الأسئلة
- الفرنسية
- التصحيح
- تصحيح مقترح متوفر في هذه الصفحة
📝 نص أسئلة النموذج (مستخرج آلياً من الصفحات الممسوحة)
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— صفحة 1 — Concours National Commun - Session 2014 - Filière TSI e On veillera à une présentation et une rédaction claires et soignées des copies. Il convient en particulier de rappeler avec précision les des questions abordées. e Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en indiquant clairement les raisons des initiatives qu’il est amené à prendre. e Toutes les réponses devront être très soigneusement justifiées. e Si un résultat donné par l'énoncé est non démontré, il peut néanmoins être admis pour les questions suivantes. Ainsi, les diverses parties du problème sont relativement indépendantes entre elles. Autour de l'eau Données : e Numéros atomiques : Z(H) = 1 ; Z(O) = 8. e Energie de liaison, en kJ.mol!, à 298 K : E(O-H) = 462 ; E(H-H) = 436 ; e Entropie molaire standard, en J.K'.mol!, à 298 K : S°(Hzçg) = 130,6 ; e Produit de solubilité du carbonate de calcium à 25 °C : K, = 5,0.10-9, e Constantes d'acidité (à 25 °C) du dioxyde de carbone : HCO3-/ CO3?- pKaa = 10,3 e Indicateur coloré : ; 0 Couleur ; Indicateur coloré - - Zone de virage Forme acide | Forme basique | Vert de bromocrésol-rhodamine Jaune Bleu 3,8 - 5,4 e Constante des gaz parfaits : R = 8,314 (SI). e les gaz seront considérés parfaits et les solutions aqueuses diluées. On assimile les activités a; des espèces dissoutes au rapport de leur concentration à la concentration standard : ai = []i/C° avec 09 = 1 mol.L-1. L’eau, plus précieuse pour la vie que toute autre ressource, se raréfie et devient un nouvel enjeu mondial. Même si le volume d’eau sur Terre reste très important, ce dont l'homme a besoin, c’est d’eau potable et d’un réseau pour la distribuer. Ce problème propose l'étude de quelques propriétés chimiques de l'eau et des procédés de son traitement. Il est composé de parties totalement indépendantes, à l’intérieur desquelles de nombreuses questions peuvent être traitées indépendamment les unes des autres. Epreuve de Chimie 1/5 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 2 — Concours National Commun - Session 2014 - Filière TSI 1. De la molécule au solvant 1.1. Etablir la configuration électronique, dans l'état fondamental, des atomes de la molécule d’eau. En déduire le nombre d’électrons de valence de ces atomes et la représentation de Lewis de ces derniers. 1.2. Donner la représentation de Lewis de la molécule d’eau. En déduire, à partir de la théorie VSEPR, sa géométrie. 1.3. Justifier alors la valeur numérique de l’angle a = (HÔH) = 104,5° entre les deux liaisons O-H. 1.4. Expliquer pourquoi la molécule d’eau est polaire. 1.5. Définir les termes ‹‹polaire››, ‹‹dissociant›› et ‹‹ionisant›› et citer les grandeurs physiques qui leur sont associées. 1.6. Quelles sont les trois étapes qui interviennent lors de la dissolution d'un composé solide inonique dans l’eau (on pourra raisonner sur le chlorure de sodium NaCls) ©? Faire un schéma représentant l’organisation des molécules d’eau autour des ions. 2. Etude cristallographique de l’eau solide L’eau solide présente plusieurs variétés allotropiques. La glace ordinaire, variété stable à 273 K et sous 1 bar, est la glace Ih (I = ice, h = hexagonal). Sa structure est hexagonale. Dans cette structure, les atomes d’oxygène occupent tous les emplacements des atomes d’une maille élémentaire de type hexagonal compact (hc), de paramètres a =451 pm et c=736 pm, c étant la hauteur de la maille. De plus, des atomes d’oxygène supplémentaires sont positionnés par rapport aux précédents par une translation de = : 2.1. Donner les caractéristiques (angles, paramètres de maille) du système hexagonal. 2.2. Représenter une maille élémentaire de la glace Ih. On placera les atomes d’oxygène et on indiquera l’environnement en atomes d'hydrogène d’un seul des atomes d’oxygène. 2.3. Déterminer le type d’interstices du réseau (hc) occupés et la proportion d'occupation de ces sites. 2.4. Combien y a-t-il de molécules d’eau par maille élémentaire ? En déduire le nombre de liaisons hydrogène par maille. 2.5. Quelles sont les interactions intermoléculaires responsables de la cohésion de la glace ? Expliquer brièvement la nature de ces liaisons. 2.6. L'énergie de sublimation de la glace est de l'ordre de 49,8 kJ.mol-!. Donner l'ordre de grandeur de l'énergie des liaisons hydrogène dans la glace. Comparer à une liaison covalente. 2.7. Calculer littéralement et numériquement la masse volumique .م de la glace Ih. Quelle propriété physique remarquable de la glace par rapport à l'eau retrouve-t-on ? Justifier alors cette propriété. Epreuve de Chimie 2/5 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 3 — Concours National Commun - Session 2014 - Filière TSI 3. Stabilité thermodynamique de l'eau On étudie la réaction de décomposition de l'eau vapeur d'équation bilan : 2H2019 — و0 + و2112 3.1. En accord avec les données et en précisant l’état physique des composés, écrire l’équation chimique de la réaction associée à l’enthalpie molaire standard de liaison A-B pour une molécule diatomique. 3.2. Calculer la variance du système en réaction. Quels facteurs d'équilibre peut-on fixer pour déterminer complètement l'équilibre ? 3.3. Calculer la valeur de l’enthalpie molaire standard A,H°(298) de la décomposition de l’eau vapeur à 298 K. Commenter son signe. Pourquoi la décomposition de l’eau vapeur est-elle favorisée par une élévation de température 2 Une démonstration est exigée. 3.4. Calculer la valeur de l’entropie molaire standard A,S°(298) de la décomposition de l’eau vapeur à 298 K. Commenter son signe. 3.5. Quel est l'effet d'une élévation de la pression à température et composition constantes sur l'équilibre de décomposition de l’eau vapeur ? Une démonstration est exigée. 3.6. Calculer l'affinité chimique standard A°%(298) de la réaction de décomposition de l’eau vapeur, à 298 K. Cette réaction est-elle thermodynamiquement possible dans ces conditions ? Sinon, peut-on la rendre possible avec un bon initiateur ? 3.7. L'affinité chimique standard de la décomposition de l’eau vapeur est donnée par la relation : A°(T)=-495000+7,8.T.In(T)+33.T+0,01. T°, avec A°(T) en J.mol-! et T en K. Dans un réacteur maintenu à la température T=1500K et à la pression constante de 1bar, on introduit un mélange comprenant 0,9 mol de H:0, 1/30 mol de و0 et 2/30 mol de Ha. Dans quel sens évolue le système ? Déterminer la composition du mélange atteint par le système réactionnel à l'état final. 4. Analyse d'une eau La qualité de l'eau dépend de trois paramètres : le pH, l'alcalinité et la dureté. On réalise l'analyse d'une eau. La mesure du pH donne une valeur de 8,3. L’alcalinité* d'une eau est principalement due à la présence d’ions carbonate et hydrogénocarbonate. On définit le titre alcalimétrique complet (T.A.C.) d'une solution par le volume, exprimé en mL d’une solution d’acide fort à 0,020 mol.L-1 en ions H30+, nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de vert de bromocrésol rhodamine. * Alcali : de l'arabe "al cali”, algue dont on extrait la soude. 4.1. Sur un axe gradué en pH, établir le diagramme des espèces prédominantes des deux couples auxquels appartient l'ion hydrogénocarbonate. 4.2. Déterminer, en justifiant, l'espèce prédominante dans l'eau qu'on désire analyser au point de vue alcalinité ? Epreuve de Chimie 3/5 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 4 — Concours National Commun - Session 2014 - Filière TSI On prélève un échantillon V = 50 mL de cette eau que l'on dose par une solution titrée d'acide chlorhydrique de concentration مين = 20.103 001.101. On ajoute quelques gouttes de l'indicateur coloré vert de bromocrésol-rhodamine. Le volume de la solution d'acide chlorhydrique versée à l'équivalence est Vuci = 17,5 4.3. Faire un schéma annoté du montage expérimental. 4.4. Quelle verrerie doit-on utiliser pour prélever le volume V = 50 mL d'eau à doser ? 4.5. Quelle est la couleur de l'indicateur coloré au début du dosage ? Justifier la réponse. Le diagramme ci-contre représente les proportions des différentes espèces dérivées du dioxyde de carbone en solution, noté (CO», HO), en fonction du pH (courbes 1, 2 et 3). 4.6. A partir du diagramme de distribution des espèces représenté ci-contre, justifier que le pH à l’équivalence doit se situer aux environs de 4,5. 4.7. Attribuer les trois courbes du diagramme aux différentes espèces carbonées en solution. 4.8. Grâce au diagramme, retrouver les valeurs des pKa associés aux couples concernés. 4.9. Ecrire l'équation-bilan de la réaction chimique de dosage. 4.10. Donner l’expression littérale de la concentration molaire C(HCOs-) en ions hydrogénocarbonate dans l’eau analysée. Calculer sa valeur numérique. 4.11. Calculer le T.A.C. de l’eau analysée. 4.12. Une eau est considérée potable si elle a un T.A.C. inférieur ou égal à 50. Que pensez-vous de l'eau analysée ? La décarbonatation de l'eau a pour but d'éliminer les ions hydrogénocarbonate ainsi que les ions calcium auxquels ils sont associés. Elle consiste à réaliser la précipitation du carbonate de calcium par la soude. Durant cette étude, on fera l'hypothèse que la concentration en ion carbonate dissous est négligeable devant celle des ions hydrogénocarbonate 4.13. Ecrire l'équation-bilan de la réaction chimique de précipitation du carbonate de calcium par la soude. Exprimer sa constante d'équilibre et calculer sa valeur numérique. Commenter. La dureté d'une eau, notée D, correspond à la concentration en cations divalents présents dans l’eau. Dans les sources d’eau brute, il s’agit essentiellement des deux ions calcium Ca2* et magnésium Mg?+. Elle est mesurée par le titre hydrotimétrique, exprimé en °TH et est calculée par la formule : D = 10.([Ca2+]+[Mg?*]) où les concentrations sont exprimées en mmol.L-!. 4.14. Qu'est-ce qu'une eau dure ? Citer deux inconvénients de l'utilisation d'une eau dure. Epreuve de Chimie 4/5 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 5 — Concours National Commun - Session 2014 - Filière TSI Le dosage des ions Ca2* et Mg?* s'effectue par une solution d'EDTA symbolisé par Y* en milieu tamponné pH = 10 et en la présence de noir ériochrome. Ce dernier donne une coloration violette en présence des ions Ca2* et Mg?* et prend une teinte bleue lorsque ces ions sont en totalité sous forme complexe CaY?- et MgY?-. 4.15. Définir ce qu’est une solution tampon en précisant ses propriétés. Proposer une méthode pour préparer une solution tampon de pH = 10. On donne pKa(NH4*/NHz) = 9,2. 4.16. Comment visualise-t-on l'équivalence ? 4.17. Ecrire les deux équations bilans des réactions de dosage. On prélève un échantillon ve = 50 mL de cette eau que l'on dose par une solution d'EDTA à C(EDTA) = 1,0.10-2? mol.L'!. Le volume de la solution d'EDTA versée à l'équivalence est v(EDTA) = 12,8 mL. 4.18. Quel est l'indicateur coloré qu'on utilise en pratique pour repérer la fin du dosage ? 4.19. Calculer la concentration c' en ions Ca2* et Mg?* dans l'eau analysée. En déduire le titre hydrotimétrique de cette eau. Que peut-on en conclure ? 4.20. L'organisme de distribution des eaux aux consommateurs publie les concentrations massiques suivantes : 72 mg.L-! en ion Ca?* et 18,6 mg.L-! en ion Mg?*. En déduire le titre hydrotimétrique de cette eau. Que peut-on en conclure 2 Une eau est qualifiée de dure lorsque son titre hydrotimétrique est supérieur à 30. Epreuve de Chimie 5/5 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com
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Ce sujet est l'épreuve de Chimie du Concours National Commun (CNC) 2014, filière TSI, concours d'accès aux écoles d'ingénieurs marocaines après les classes préparatoires. C'est un problème de 5 pages intitulé « Autour de l'eau », en quatre parties indépendantes : structure de la molécule et propriétés de solvant, cristallographie de la glace Ih, thermodynamique de la décomposition de l'eau vapeur, et analyse d'une eau (alcalinité, décarbonatation, dureté). La durée et le coefficient ne figurent pas sur les pages scannées. Voici une correction méthodologique proposée.
💡 Avant de commencer : les quatre parties sont indépendantes. Commencez par la partie 4 (dosages : calculs rapides et sûrs) et la partie 3 (enthalpie par énergies de liaison, entropie, affinité), puis la partie 1 (cours). La cristallographie (partie 2) demande un bon dessin : gardez-lui du temps. Pour M(H2O), non donnée, utilisez 18,0 g·mol-1 en le signalant.
Partie 1 — De la molécule au solvant
- 1.1. H (Z = 1) : 1s1, 1 électron de valence ; O (Z = 8) : 1s2 2s2 2p4, 6 électrons de valence. Lewis : H porte un électron célibataire ; O porte deux doublets non liants et deux électrons célibataires.
- 1.2. Lewis de l'eau : H–O–H, avec deux doublets non liants sur O. VSEPR : O est de type AX2E2 → quatre domaines électroniques disposés en tétraèdre, molécule coudée (en V).
- 1.3. L'angle idéal d'un tétraèdre est 109,5°. Les doublets non liants, plus proches du noyau d'O et plus diffus, repoussent davantage les doublets liants que ceux-ci ne se repoussent entre eux : l'angle HÔH se ferme à 104,5° < 109,5°.
- 1.4. O est bien plus électronégatif que H : chaque liaison O–H est polarisée (δ− sur O, δ+ sur H). La molécule étant coudée, les deux moments dipolaires de liaison ne se compensent pas : moment dipolaire résultant non nul (μ ≈ 1,85 D), dirigé selon la bissectrice de l'angle HÔH.
- 1.5.
- Polaire : molécules de solvant possédant un moment dipolaire permanent ; grandeur associée : le moment dipolaire μ (en debye).
- Dissociant : solvant capable de séparer les paires d'ions en ions libres, en affaiblissant l'interaction coulombienne (divisée par εr) ; grandeur : la permittivité relative εr (≈ 78 pour l'eau à 25 °C).
- Ionisant : solvant capable de transformer une liaison covalente polarisée en paire d'ions ; grandeur associée : le moment dipolaire μ (plus μ est grand, plus le solvant est ionisant).
- 1.6. Trois étapes : ionisation (formation de paires d'ions ; pour NaCl, cristal ionique, les ions préexistent et c'est la rupture du réseau cristallin), dissociation (séparation des paires d'ions grâce au fort εr), solvatation (hydratation des ions libres). Schéma à faire : autour de Na+, les molécules d'eau orientent leur atome O (pôle δ−) vers le cation ; autour de Cl−, elles orientent un atome H (pôle δ+) vers l'anion ; chaque ion est entouré d'une couche de quelques molécules d'eau (sphère d'hydratation).
Partie 2 — Étude cristallographique de la glace Ih
- 2.1. Système hexagonal : a = b ≠ c ; α = β = 90°, γ = 120°. Ici a = 451 pm et c = 736 pm.
- 2.2. Dessin attendu (décrit en mots) : prisme droit à base losange (a, a, γ = 120°), hauteur c. Atomes O du réseau hc aux 8 sommets et un atome intérieur en (2/3, 1/3, 1/2) ; chaque O du réseau hc est doublé par un O translaté de 3c/8 le long de c. Pour un O choisi : environnement tétraédrique de 4 O voisins ; sur chaque segment O…O se trouve un seul H, dont 2 liés covalemment à l'O considéré (liaisons courtes) et 2 appartenant aux voisins et liés à lui par liaison hydrogène (plus longues).
- 2.3. Dans un hc d'atomes en (0,0,0) et (2/3,1/3,1/2), les sites tétraédriques sont en z = 3/8, 5/8 (sur l'axe des sommets) et 1/8, 7/8 (sur l'axe de l'atome intérieur). La translation de 3c/8 place les O supplémentaires en (0,0,3/8) et (2/3,1/3,7/8) : ce sont des sites tétraédriques. Il y a 4 sites T par maille (2 par atome) et 2 sont occupés : la moitié des sites tétraédriques, aucun site octaédrique.
- 2.4. Réseau hc : 8 × 1/8 + 1 = 2 O ; plus 2 O en sites T : 4 molécules H2O par maille. Chaque molécule est engagée dans 4 liaisons H, chacune partagée entre deux molécules : 2 liaisons H par molécule, soit 8 liaisons hydrogène par maille.
- 2.5. Liaisons hydrogène (principalement) et interactions de van der Waals. Une liaison H est une interaction essentiellement électrostatique entre un H lié à un atome très électronégatif (O) et un doublet non liant d'un O voisin, O–H…O quasi alignés.
- 2.6. Sublimer une mole de glace rompt 2 moles de liaisons H (2 par molécule) : E(liaison H) ≈ 49,8 / 2 ≈ 25 kJ·mol-1 (ordre de grandeur 10 à 40 kJ·mol-1), soit environ 20 fois moins que la liaison covalente O–H (462 kJ·mol-1).
- 2.7. Volume de la maille : V = a·a·sin(120°)·c = (√3/2)·a2·c = 0,866 × (451.10-12)2 × 736.10-12 ≈ 1,30.10-28 m3.
ρIh = 4 M(H2O) / (NA · (√3/2) a2 c) = 4 × 18,0.10-3 / (6,02.1023 × 1,30.10-28) ≈ 9,2.102 kg·m-3.
Propriété remarquable : la glace est moins dense que l'eau liquide (≈ 1,00.103 kg·m-3), elle flotte. Justification : les liaisons H imposent un réseau tétraédrique ouvert (seulement 4 voisins, compacité faible) ; à la fusion ce réseau s'effondre partiellement et les molécules se rapprochent.
Partie 3 — Stabilité thermodynamique de l'eau
Réaction : 2 H2O(g) ⇄ 2 H2(g) + O2(g).
- 3.1. L'enthalpie standard de liaison A–B est l'enthalpie de la réaction AB(g) → A(g) + B(g), toutes les espèces à l'état gazeux (ex. : H2(g) → 2 H(g), ΔrH° = 436 kJ·mol-1).
- 3.2. Constituants : 3, reliés par 1 équilibre, 1 phase gazeuse. v = (3 − 1) + 2 − 1 = 3. On peut fixer T, P et une fraction molaire (ou la composition initiale). Si l'on part d'eau pure, la relation n(H2) = 2 n(O2) ajoute une contrainte : v = 2 (T et P suffisent).
- 3.3. ΔrH° = Σ(liaisons rompues) − Σ(liaisons formées) = 4 E(O–H) − [2 E(H–H) + E(O=O)] = 1848 − (872 + 498) = +478 kJ·mol-1. Positive : réaction endothermique. Démonstration : loi de van 't Hoff, d(ln K°)/dT = ΔrH°/(RT2) > 0, donc K° croît avec T : une élévation de température déplace l'équilibre dans le sens direct (décomposition).
- 3.4. ΔrS° = 2 S°(H2) + S°(O2) − 2 S°(H2O) = 261,2 + 205,0 − 377,4 = +88,8 J·K-1·mol-1. Positive, cohérent avec l'augmentation de la quantité de gaz (Δng = +1) : plus de désordre.
- 3.5. Q = [x(H2)2 x(O2) / x(H2O)2] × (P/P°)Δng avec Δng = +1. À T et composition fixées, Q est proportionnel à P : si P augmente, Q augmente et devient supérieur à K°, donc A = RT ln(K°/Q) < 0 : évolution dans le sens indirect (formation d'eau). Une hausse de pression défavorise la décomposition (Le Chatelier).
- 3.6. A°(298) = −ΔrG° = −(ΔrH° − T ΔrS°) = −(478 000 − 298 × 88,8) ≈ −4,52.105 J·mol-1. D'où K° = exp(A°/RT) ≈ exp(−182) ≈ 10-79 : la décomposition est thermodynamiquement impossible à 298 K. Un initiateur (ou catalyseur) n'agit que sur la cinétique, pas sur K° : non, il ne peut pas la rendre possible.
- 3.7. À T = 1500 K : A°(1500) = −495 000 + 7,8 × 1500 × ln 1500 + 33 × 1500 + 0,01 × 15002 = −495 000 + 85 565 + 49 500 + 22 500 ≈ −3,37.105 J·mol-1, donc K° = exp(−337 435 / (8,314 × 1500)) = exp(−27,06) ≈ 1,8.10-12.
État initial : ntot = 0,9 + 1/30 + 2/30 = 1,0 mol, P = P°. Qi = (2/30)2(1/30) / 0,92 ≈ 1,8.10-4. Qi > K° donc A < 0 : le système évolue dans le sens indirect (2 H2 + O2 → 2 H2O).
H2 et O2 sont en proportions stœchiométriques et K° est très petit : réaction quasi totale. État final : n(H2O) ≈ 0,9 + 2/30 ≈ 0,967 mol. Traces résiduelles : avec n(O2) = ε, n(H2) = 2ε, x(H2O) ≈ 1 : K° ≈ 4ε3/ntot3, soit ε = 0,967 × (K°/4)1/3 ≈ 7,4.10-5 mol de O2 et 1,5.10-4 mol de H2.
Partie 4 — Analyse d'une eau
Alcalinité
- 4.1. Axe de pH : CO2,H2O prédomine pour pH < 6,4 ; HCO3− entre 6,4 et 10,3 ; CO32− pour pH > 10,3.
- 4.2. pH = 8,3 est compris entre 6,4 et 10,3 (c'est même la demi-somme des pKa, maximum de HCO3−) : espèce prédominante HCO3−.
- 4.3. Montage : burette graduée contenant l'acide chlorhydrique à 20.10-3 mol·L-1, fixée sur un support ; en dessous, un bécher (ou erlenmeyer) contenant les 50 mL d'eau et quelques gouttes d'indicateur, posé sur un agitateur magnétique avec barreau aimanté.
- 4.4. Pipette jaugée de 50 mL (avec propipette).
- 4.5. Au départ pH = 8,3 > 5,4 (borne haute de la zone de virage) : forme basique, couleur bleue.
- 4.6. À l'équivalence tout HCO3− est transformé en CO2,H2O ; le diagramme montre que vers pH ≈ 4,5 la courbe de CO2,H2O est proche de 100 % (HCO3− quasi absent). Vérification : c(CO2) = 3,5.10-4 mol / 67,5 mL ≈ 5,2.10-3 mol·L-1, acide faible : pH ≈ ½(pKa1 − log c) = ½(6,4 + 2,3) ≈ 4,3 à 4,5, bien dans la zone de virage 3,8–5,4.
- 4.7. Courbe 1 (majoritaire aux pH acides) : CO2,H2O ; courbe 2 (en cloche) : HCO3− ; courbe 3 (majoritaire aux pH basiques) : CO32−.
- 4.8. Au croisement de deux courbes, les deux formes sont à 50 % et pH = pKa : intersection 1/2 → pKa1 ≈ 6,4 ; intersection 2/3 → pKa2 ≈ 10,3 (lecture graphique approximative, cohérente avec les données).
- 4.9. HCO3− + H3O+ → CO2,H2O + H2O, K = 1/Ka1 = 106,4 : réaction quantitative.
- 4.10. À l'équivalence : C(HCO3−) · V = CHCl · vHCl, donc C(HCO3−) = CHCl vHCl / V = 0,020 × 17,5 / 50 = 7,0.10-3 mol·L-1.
- 4.11. Pour 100 mL : n = 7,0.10-4 mol, volume d'acide à 0,020 mol·L-1 : 7,0.10-4/0,020 = 35 mL. T.A.C. = 35.
- 4.12. 35 ≤ 50 : du point de vue de l'alcalinité, l'eau est potable.
- 4.13. Ca2+ + HCO3− + HO− → CaCO3(s) + H2O. K = 1 / ([Ca2+][HCO3−][HO−]) = Ka2 / (Ks · Ke) = 10-10,3 / (5,0.10-9 × 10-14) ≈ 1,0.1012. Très grande : précipitation quantitative, la décarbonatation à la soude est efficace.
Dureté
- 4.14. Une eau dure est une eau riche en ions Ca2+ et Mg2+ (titre hydrotimétrique élevé). Inconvénients : entartrage des canalisations, chauffe-eau et chaudières (dépôt de CaCO3, perte de rendement thermique) ; mauvaise action des savons (précipitation des carboxylates de calcium, peu de mousse, surconsommation de détergent).
- 4.15. Solution tampon : solution dont le pH varie très peu par addition modérée d'acide ou de base, ou par dilution modérée. Préparation à pH = 10 avec NH4+/NH3 : pH = pKa + log([NH3]/[NH4+]) donne [NH3]/[NH4+] = 100,8 ≈ 6,3 ; on mélange par exemple une solution d'ammoniac et une solution de chlorure d'ammonium dans ce rapport de quantités (ou on ajoute de l'acide chlorhydrique à de l'ammoniac jusqu'à pH = 10, contrôlé au pH-mètre).
- 4.16. Par le changement de couleur de l'indicateur, du violet au bleu, quand tous les ions Ca2+ et Mg2+ sont complexés par l'EDTA.
- 4.17. Ca2+ + Y4− → CaY2− et Mg2+ + Y4− → MgY2−.
- 4.18. Le noir ériochrome T (NET).
- 4.19. Stœchiométrie 1:1 : c' = C(EDTA) · v(EDTA) / v'e = 1,0.10-2 × 12,8 / 50 = 2,56.10-3 mol·L-1 = 2,56 mmol·L-1. D = 10 × 2,56 = 25,6 °TH. Inférieur à 30 : eau non dure selon le critère de l'énoncé (moyennement dure).
- 4.20. [Ca2+] = 72 / 40,1 ≈ 1,80 mmol·L-1 ; [Mg2+] = 18,6 / 24,3 ≈ 0,77 mmol·L-1 ; somme ≈ 2,56 mmol·L-1, donc D ≈ 25,6 °TH. Résultat identique au dosage : les données publiées confirment la mesure ; eau non dure (< 30 °TH).
💡 Résultats clés : ΔrH° = +478 kJ·mol-1 ; ΔrS° = +88,8 J·K-1·mol-1 ; A°(298) ≈ −452 kJ·mol-1 ; K°(1500 K) ≈ 1,8.10-12, évolution vers la formation d'eau ; ρ(glace) ≈ 920 kg·m-3 ; C(HCO3−) = 7,0.10-3 mol·L-1 ; T.A.C. = 35 ; K(précipitation) ≈ 1012 ; TH = 25,6 °TH. À réviser pour le CNC TSI : VSEPR et polarité, propriétés des solvants (μ, εr), cristallographie hc et sites interstitiels (masse volumique, compacité), thermochimie (énergies de liaison, van 't Hoff, variance, affinité chimique, sens d'évolution par Q/K), diagrammes de prédominance et de distribution, dosages acido-basiques et complexométriques (EDTA, NET), solubilité et constantes combinées.
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المصدر: مباريات ولوج المدارس والمعاهد العليا
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