نموذج المباراة الوطنية المشتركة CNC 1994 (المباراة المغربية المشتركة): الكيمياء - شعبة MM' لولوج مدارس المهندسين

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Concours Commun Marocain Session : 1994
Option : MM' Epreuve de chimie Durée :2h
L'épreuve, constituée de trois parties totalement indépendantes, envisage l'étude de quelques aspects de
la chimie de l'azote et de l'ammoniac.
Il est demandé aux candidats de rappeler avec précision les références des questions abordées
(ex. : IIL.A.1.a) et de soigner la présentation des copies.
Données numériques
Donnée générale :
R=8,314J.K '.mol ٠
Masses molaires atomiques (g.mol”! ) :
1. Première partie
Quelques propriétés structurales
À. L'atome d'azote
LA.1. Quel est le numéro atomique de l'azote ?
L.A.2. Indiquer les structures électroniques des atomes d'azote et d'oxygène dans leur état
fondamental. A quelle ligne de la classification périodique appartiennent-ils ?
L.A.3. Définir l'énergie de première ionisation E; 1 x de l'azote.
L.A.4 On donne les énergies de première 1onisation de quatre éléments de la période de l'azote :
8:1)617(
‏.4.2.ط.]‎ Commenter l'évolution générale de l'énergie de première 1onisation dans cette période.
L.A.4.b. Il existe une anomalie ; laquelle 7 En proposer une explication.
B. La molécule de diazote
On considère la molécule de diazote No.
1.8.1. Donner le schéma de Lewis de la molécule N; en représentant les doublets liants et non liants.
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1.3.2. La molécule N3 est-elle polaire ? Qu'en déduit-on quant à la solubilité du gaz diazote dans
l'eau ?
C. La molécule d'ammoniac
On considère la molécule d'ammoniac NH.
L.C.I. Donner le schéma de Lewis de la molécule NH.
1.0.2. Déterminer, en utilisant la méthode V.S.E.P.R., la géométrie de cette molécule.
1.0.3. En déduire l'état d'hybridation de l'atome d'azote dans cette molécule ainsi qu'une valeur
approchée des angles valentiels.
1.0.4. Sous pression atmosphérique, la solubilité du gaz ammoniac dans l'eau peut atteindre jusqu'à
1200 litres d'ammoniac par litre d'eau à 0 °C.
1.0.4.8. Comment appelle-t-on la solution aqueuse de NH ?
1.0.4.0. Justifier la grande solubilité de NH: dans l'eau.
IL. Deuxième partie
Diagramme isobare d'ébullition du système binaire
{diazote.dioxygène |
Le diagramme d'ébullition du système binaire {diazote,dioxygène} sous pression atmosphérique
(p=1,013 bar) est représenté figure 1 sur laquelle on a porté en abscisse, de gauche à droite, la fraction
molaire globale XO; du mélange en dioxygène.
ILA. Indiquer les phases présentes dans les domaines Di, D: et D; et donner le nom de la courbe C, et
celui de la courbe C2.
ILB. Quelles sont les températures d'ébullition Teb(O;) du dioxygène et Teb(N) du diazote ?
ILC. On considère un échantillon d'air liquide de masse m=3 ke.
On rappelle que l'air peut être considéré, en première approximation, composé de 1/5 de dioxygène
et de 4/5 de diazote en quantité de matière.
Toutes les opérations étudiées dans la suite de la partie IT du problème seront supposées effectuées
sous pression atmosphérique p=1,013 bar.
ILC.I1. Calculer, dans l'échantillon de masse m, la quantité de matière n(O;) de dioxygène, la
quantité de matière n(N,) de diazote et la quantité de matière totale ‏.يد‎ Faire les applications
numériques.
ILC.2. A quelle température T, faut-il porter cet échantillon pour qu'il commence à bouillir ?
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ILC.3. En opérant en système fermé, on chauffe cet échantillon jusqu'à une température T>=81 ‏.كا‎
‎II.C.3.a. Quelles sont les phases en présence ? Donner leur composition.
IE.C.3.b. Calculer la quantité de matière totale n, de la phase liquide, puis la masse mL de la
phase liquide ainsi que les masses du diazote et du dioxygène dans cette phase.
Faire les applications numériques et commenter.
IL. Troisième partie
Synthèse de l'ammoniac
On considère l'équilibre de synthèse de l'ammoniac en phase gazeuse supposée parfaite
N + 3 H - 215
L'enthalpie libre standard de cette réaction est donnée, en Imol”, par :
A;G°(T)=-79000-96 T+44 T In T
où In désigne le logarithme népérien et T la température absolue exprimée en kelvin (K).
IT. A. Calculer la variance du système général obtenu par mélange de N>, ‏و11‎ et NH; dans des proportions
quelconques puis de celui obtenu par décomposition de NH; ; donner dans chaque cas la
signification de la valeur obtenue.
111.3. Exprimer l'enthalpie standard de réaction A:H°(T), l'entropie standard de réaction A;S°(T) et la
capacité calorifique standard de réaction A;Cp°(T). La réaction de synthèse de l'ammoniac est-elle
exothermique ou endothermique ? Effectuer les applications numériques à 1-723 ‏كا‎
111.0. Calculer la constante de cet équilibre à 300 K et à 723 ‏.كا‎ Commenter.
111.10. Bien que la valeur de la constante d'équilibre soit plus élevée à 300 K, la synthèse industrielle de
l'ammoniac est réalisée à 723 ‏كا‎
‎IILD.1. Pour quelle raison ?
IL D.2. A-t-on intérêt à effectuer cette synthèse sous basse ou haute pression ? Justifier.
111.10.3. Pourquoi utilise-t-on un catalyseur 7 Sur quel paramètre agit-1l ? Modifie-t-1l la valeur de la
constante K à l'équilibre ?
ILE. À T=723 K, sous p=1 bar maintenues constantes, on mélange les quantités de matière n, de diazote,
n2 de dihydrogène et ‏حص‎ d'ammoniac, et on considère les deux cas :
16 cas : n;=1/4 mol ; n=3/4 mol ; n3=0
26 cas : n;=n>=n3=1/3 mol
Pour chacun des mélanges considérés ci-dessus :
IILE.I. Calculer l'affinité chimique initiale et en déduire le sens de l'évolution du mélange initial.
IILE.2. Déterminer la composition (nie,n2e,n3e) du système à l'équilibre.
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