olympiade francophone de chimie 2004 · 2020. 4. 15. · le coca-cola peut être considéré comme...

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OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20081

NIVEAU 1 (élèves de 5ème) - deuxième épreuve : PROBLEMES par

Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 5 problèmes à 20 points. 92 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable, mais aucun autre document personnel. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses atomiques relatives avec les valeurs de quelques constantes. Les résultats obtenus aux différents problèmes ont été les suivants :

N° problème 1 2 3 4 5 TOTAL Maximum 20 20 20 20 20 100 Moyenne 19,26 15,57 15,11 6,41 5,74 61,88

% 96,3 77,8 75,6 32,0 28,7 61,9 La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 61,9 %, bien inférieure à celle obtenue en 2007 (75,8 %) mais proche de celle obtenue en 2006 (65,3 %). Un élève a obtenu 100/100. Est-ce que des correcteurs auraient une idée de la cause des mauvais résultats aux problèmes 4 et 5 ? Les élèves ont-ils eu le temps d’aborder ces problèmes ? Les 12 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 80 % ou plus, sont : 1. HERBEUVAL Patrick, AR Izel (sur-Semois), Professeur Annick Denis 2. RADU Nicolas, AR Liège 1, Professeur Raoul Plenevaux 3. DELCOURT Martin, AR Paul Delvaux, Ottignies, Professeur Elisabeth Preutens 4. VOORSLUIJS Valérie, Athénée Bockstael, Professeur Claude de Bakker 5. DUERINCKX Melia, Lycée Emile Jacquemain, Bruxelles, Professeur Damia Tiaz 6. FONTEYN François, Collège Ste Gertrude, Nivelles, Professeur Chantal Gailly 7. SOETENS Mathieu, AR Arlon, Professeur Michelle Baudoux 8. DEMEULENAER Loïc, AR Huy, Professeur Suzanne Barbette 9. EGAN Raphaël, AR Malmedy, Professeur Roland Martin 10. JAMBE Nathan, CS Ste Marie, Namur, Professeur Diane Baillieul 11. DERKENNE Donovan, AP Warocqué, Morlanwelz, Professeur Rosanna Fuino 12. BRICHARD Martin, Collège St Michel, Bruxelles, Professeur Annick Schelkens

EUSO 2008 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Nicosie, Chypre. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Patrick HERBEUVAL qui a été sélectionné pour cette épreuve. Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html

1 La liste de nos sponsors a été donnée avec l'analyse des résultats à la 1ère épreuve.

http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html

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Problèmes Réponses Problème 1 (20 points)

Le coca-cola peut être considéré comme une solution contenant entre autres choses 0,25 mol/L de saccharose (C6H22O11). Sachant qu'un morceau de sucre (saccharose) pèse environ 6 g, combien de ces morceaux ingère-t-on lorsque l'on boit une boîte de 33 cL de cette boisson ? Ar (H) = 1,01 ; Ar (C) = 12,01 ; Ar (O) = 16,00 Problème 2 (20 points) Une voiture consomme 5,8 L d'essence (C8H18) aux 100 km. Le propriétaire cette voiture roule en moyenne 25000 km par an. a) Ecrivez l'équation équilibrée (pondérée) de la combustion de l'essence. b) En supposant que la combustion de l'essence est complète, calculez la quantité de matière (en mol)

consommée annuellement par cette voiture. c) Calculez la masse (en kg) de CO2 produite annuellement par cette voiture. Masse volumique de l'essence (C8H18) = 0,69 g/mL Ar (H) = 1,01 ; Ar (C) = 12,01 ; Ar (O) = 16,00 Problème 3 (20 points) On considère un atome de mercure (Z = 80 ; A = 200). a) Calculez la masse de cet atome en considérant que la masse d'un nucléon est égale à 1,67.10-27 kg. b) Le noyau de cet atome peut être assimilé à une sphère de rayon R = 10-15 m. Calculez la masse volumique (en kg/m³) du noyau de cet atome. Volume d'une sphère = 4/3 πR3

Problème 4 (20 points) Dans un erlenmeyer, on réalise un mélange de deux acides selon les proportions suivantes : 20 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0,50 mol/L + 10 mL d'une solution d'acide sulfurique de concentration égale à 1,00 mol/L On ajoute au mélange 4,00 g de zinc métallique. Le zinc et attaqué et il se forme du dihydrogène. a) Ecrivez l'équation ionique pondérée (équilibrée) de la réaction. b) Calculez la masse de zinc métallique dans la solution à la fin de la réaction. c) Calculez la concentration (en mol/L) en ions zinc dans la solution à la fin de la réaction. Ar (Zn) = 65,38 Problème 5 (20 points) Dans un erlenmeyer on réalise le mélange suivant : 10 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration égale à 0,1 mol/L + 10 mL d'une solution de chlorure de magnésium de concentration égale à 0,1 mol/L Il se forme un sel très peu soluble, le chlorure d'argent. a) Ecrivez l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction de précipitation. b) Calculez les concentrations des ions présents en solution après que le chlorure d'argent ait précipité.

Détaillez les calculs.

C. Houssier

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Réponses

Problème 1 (20 points) a) Masse molaire du saccharose = 144,12 + 22,22 + 176,00 = 342,34 g/mol 5 points b) Masse de saccharose dans 1 L de boisson = 0,25 x 342,34 = 85,585 g 5 points c) Masse de saccharose dans 33 cL de boisson = 85,585 / 3 = 28,528 g 5 points d) Nombre de sucres dans 33 cL de boisson = 28,528 / 6 = 4,75 morceaux de sucre 5 points Problème 2 (20 points) a) C8H18 + 12,5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O 3 points b) Consommation annuelle = 250 x 5,8 = 1450 L 2 points

Masse d'essence annuelle = 1450 x 103 mL x 0,69 g/mL = 1000,5.103 g 3 points Masse molaire de C8H18 = 96,08 + 18,18 = 114,26 g/mol 2 points Quantité de matière annuelle de C8H18 = 1000,5.103 / 114,26 = 8756,34 mol 3 points

c) Quantité de matière annuelle de CO2 = 8756,34 x 8 = 70050,76 mol 2 points Masse molaire de CO2 = 12,01 + 32,00 = 44,01 g/mol 2 points Masse annuelle de CO2 = 70050,76 x 44,01 = 3,09.103 kg 3 points Problème 3 (20 points) a) Masse du noyau = 200 x 1,67.10-27 = 3,34.10-25 kg 6 points b) Volume du noyau = 4/3π(10-15)³ = 4,19.10-45 m³ 7 points d) Masse volumique du noyau = 3,34.10-25 / 4,19.10-45 = 80.1018 kg/m³ 7 points

Problème 4 (20 points) a) Zn + 2 H+ → Zn2+ + H2 4 points b) n Zn = 4,00 / 65,38 = 0,061 mol 2 points n H+ = 0,01 + 0,02 = 0,030 mol 4 points n Zn2+ produit = 0,015 mol 2 points n Zn restant = 0,061 – 0,015 = 0,046 mol 3 points m Zn restant = 0,046 x 65,38 = 3,01 g 1 point c) Volume total de la solution = 0,01 + 0,02 = 0,03 L 2 points Concentration en Zn2+ = 0,015 / 0,03 = 0,5 mol/L

Problème 5 (20 points) a) Ag+ + Cl- → AgCl 2 points b) n départ Mg2+ = 10-3 mol 1 point n départ Ag+ = 10-3 mol 1 point n départ Cl- = 2.10-3 mol 3 point n départ NO3

- = 10-3 mol 1 point n final Mg2+ = 10-3 mol 1 point n final Ag+ = 0 mol 1 point n final Cl- = 10-3 mol 3 points n final NO3

- = 10-3 mol 1 point Volume total = 0,02 L 1 point c finale Mg2+ = 0,05 mol/L 1 point c finale Ag+ = 0 mol/L 1 point c finale Cl- = 0,05 mol/L 1 point c finale NO3

- = 0,05 mol/L 1 point

ACLg

OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20091 NIVEAU 1 (élèves de 5ème) - deuxième épreuve : PROBLEMES

par Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane

KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes

à 25 points. 84 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses atomiques relatives avec les valeurs de quelques constantes.

Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes : N° problème 1 2 3 4 TOTAL Maximum 25 25 25 25 100 Moyenne 19,05 22,86 6,40 8,63 56,93

% 76,19 91,43 25,62 34,50 56,9 La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 56,9 %, un peu inférieure à celle obtenue en 2008 (61,9 %). Les 14 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 75 % ou plus, sont : 1. JACQUET Martin AR P. Delvaux Chantal SCOUFFLAIRE 2. VAN OOLDENEEL Alexandre AR Arlon Michelle BAUDOUX 3. BASTIN Oriane AR P. Delvaux Elisabeth PREUTENS 4. PACYNA Laura AR Visé Isabelle LEMAIRE 5. PARFONRY Simon AR THUIN Pierre VLAMINCK 6. FORTEMPS Loïc Col Ste Gertrude Mme PATERNOTTE 7. BODART Arnaud Inst St Laurent Jocelyne LEPERE 8. SIMON Valentin CES St Joseph Cristina ORFANU 9. RENIER Kévin AR HUY Suzanne BARBETTE 10. PETRY Robin CES St Joseph Cristina ORFANU 11. SNYERS Charles CES St Joseph Cristina ORFANU 12. SOJIC François-Xavier AR Arlon Michelle BAUDOUX 13. ANDRE Antoine Inst St Jean Baptiste Michèle LEPOUTRE 14. MAQUET Claire AR Air Pur Philippe COLYN

EUSO 2009 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Murcie, Espagne. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Oriane BASTIN qui a participé à cette épreuve. L’équipe francophone belge y a décroché une belle médaille d’argent. Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html 1 La liste de nos sponsors a été donnée avec l'analyse des résultats à la 1ère épreuve.

QUESTIONS Réponses

Problème 1 (25 points) La saccharine, qui n'a aucune valeur nutritive, est considérée comme suspecte par les toxicologues. Dans les bières, sa concentration en masse doit être écrite sur la bouteille si elle dépasse 15 mg/L. On prélève 2,0 mL d'une bière "X", que l'on amène à 30,0 mL par dilution avec de l'eau. Par dosage, on trouve, pour la saccharine, une concentration de 2,0.10-5 mol/L dans cette dernière solution. Quelle est la concentration massique en saccharine de cette bière ? Doit-on indiquer cette concentration sur la bouteille ? Saccharine : C7H5NO3S ; M = 183,20 g/mol Problème 2 (25 points) Soit la réaction entre MnO2 et HCl : MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O a) Equilibrez (pondérez) cette équation. b) Quelle masse (en g) de Cl2 peut être préparée à partir de 15,0 g de MnO2 et 30,0 g de HCl ? Ar H = 1,0 ; Ar Cl = 35,5 ; Ar O = 16,0 ; Ar Mn = 54,9 Problème 3 (25 points) Déterminez la formule chimique du composé organique dont l'analyse a fourni les résultats suivants : - Le composé contient seulement du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. - On a préparé une solution de ce composé. Cette solution présente un pourcentage massique de 2,51 % (cela signifie que 100 g de solution contient 2,51 g du composé) et une masse volumique de 1,1 g/cm³. 50 cm³ de cette solution réagissent exactement avec 29,5 cm³ d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration égale 0,9 mol/L. Ce composé est un diacide qui réagit avec NaOH selon l'équation suivante :

H2(CXHY-2OZ) + 2 NaOH → Na2(CXHY-2OZ) + 2 H2O - Le composé contient 34,62 % en masse de carbone. - Si on brûle une certaine quantité de ce composé dans un excès de dioxygène, il se forme 1,32 g de CO2 et 0,36 g de H2O. Ar H = 1,0 ; Ar C = 12,0 ; Ar O = 16,0

C. Houssier

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Problème 4 (25 points) Bien que ancien, le texte ci-dessous renferme des renseignements intéressants qui vous

permettront de répondre aux questions de la page suivante. a) Pour quelle qualité le bronze a-t-il été préféré au cuivre pur dans les temps anciens ? b) Proposez une formule pour le protoxide de cuivre. c) Proposez une formule pour le deutoxide de cuivre. d) Dans la nomenclature actuelle quel mot emploierait-on pour "acide oxigénans" ? e) Quels acides semblent attaquer facilement le cuivre ? f) Proposez une équation pour la combustion du cuivre finement divisé. g) Proposez une équation pour la réduction du deutoxide de cuivre par l'hydrogène. Les 3 dernières questions sont des questions de culture générale : les réponses ne se trouvent pas dans le texte. h) Le cuivre forme un autre alliage avec le zinc. Quel est le nom de cet alliage ? i) Comment appelle-t-on dans la vie de tous les jours le composé qui se forme lorsque le cuivre reste longtemps exposé à l'air humide ? j) Quelle est la couleur du sulfate formé par l'action de l'acide sulfurique sur le cuivre ?

REPONSES PROBLEME 1 (25 points) Concentration massique de la saccharine dans la solution = 183,20 x 2.10-5 = 3,66 mg/L 6 points Masse de saccharine dans les 30 mL = 3,66 x 30.10-3 = 0,11 mg 6 points Masse de saccharine dans les 2 mL = 0,11 mg 6 points Concentration massique de la saccharine dans la bière = 500 x 0,11 = 54,96 mg/L 6 points Indication sur la bouteille ? OUI 1 point PROBLEME 2 (25 points) MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O 4 points n (MnO2) = 15 g / 86,9 g/mol = 0,173 mol 5 points n (HCl) = 30 g / 36,5 g/mol = 0,822 mol 5 points Réactif limitant : MnO2 5 points m Cl2 = 0,173 mol x 71,0 g/mol = 12,3 g 6 points PROBLEME 3 (25 points) n NaOH = 26,55.10-3 mol n composé = 13,275.10-3 mol c solution composé = 13,275.10-3 x 20 = 0,2655 mol/L 5 points Masse composé dans 1 L de solution = 1100 x (2,51/100) = 27, 61 g 5 points Masse molaire composé = 27,61 / 0,2655 = 103,99 g/mol 3 points 1,32 g de CO2 : 0,36 g de C 0,36 g de H2O : 0,04 g de H 9 x plus de C 4 points % en masse de H = 3,85 % en masse de O = 100 - 3,85 - 34,62 = 61,53 2 points

Nombre de C dans la molécule = (34,62/100) x (103,99/12) = 3 2 points Nombre de H dans la molécule = (3,85/100) x (103,99/1) = 4 2 points Nombre de O dans la molécule = (61,53 /100) x (103,99/16) = 4 2 points C3H4O4 PROBLEME 4 (2,5 points par réponse correcte) a) Pour quelle qualité le bronze a-t-il été préféré au cuivre pur dans les temps anciens ? Dureté ou concept équivalent b) Proposez une formule pour le protoxide de cuivre : Cu2O c) Proposez une formule pour le deutoxide de cuivre : CuO d) Dans la nomenclature actuelle quel mot emploierait-on pour "acide oxigénans" ? Oxoacide e) Quels acides semblent attaquer facilement le cuivre ? Acides nitrique et nitreux f) Proposez une équation pour la combustion du cuivre finement divisé. 2 Cu + 1/2 O2 → Cu2O ou Cu + 1/2 O2 → CuO g) Proposez une équation pour la réduction du deutoxide de cuivre par l'hydrogène. CuO + H2 → Cu + H2O (accepter pour 1 point Cu2O + H2 → 2 Cu + H2O) h) Le cuivre forme un autre alliage avec le zinc. Quel est le nom de cet alliage ? Laiton i) Comment appelle-t-on dans la vie de tous les jours le composé qui se forme lorsque le cuivre reste longtemps exposé à l'air humide ? Vert-de-gris j) Quelle est la couleur du sulfate formé par l'action de l'acide sulfurique sur le cuivre ? Bleue

A.C.Lg

OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2010 2ème épreuve -NIVEAU 1 (élèves de cinquième année)

Damien GRANATOROWICZ, Jean-Claude DUPONT, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Véronique LONNAY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE

La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 49,21 %, nettement inférieure à celles obtenues en 2009 (56,9 %) et en 2008 (61,9 %). Il n’y a qu’un mauvais résultat, celui au deuxième problème, ce qui a pour effet de faire baisser considérablement la moyenne générale. On peut s’étonner de ce mauvais résultat. Est-ce que la résolution de problèmes avec deux équations à deux inconnues doit vraiment encore poser problème à des élèves de cinquième année ? Remarquons le beau tir groupé des élèves de l’Athénée d’Eupen qui ont obtenu plus de 80 % des points ! Les 14 lauréats de 5e année, qui ont obtenu plus de 74 % sont : 1. IANCU Alexandre St Benoît/St Servais, Liège Danièle GUILLAUME 2. SCHUMACHER David AR Eupen Brigitte NIHANT 3. LEYH Catherine AR Eupen Brigitte NIHANT 4. REUTER Sarah AR Eupen Brigitte NIHANT 5. EMONTS Alzocha AR Eupen Brigitte NIHANT 6. WAUTIER Justin AP Warocqué, Morlanwez Elodie CLAIS 7. DELNEUVILLE Grégoire N-D de la Paix, Erpent Katty VAN VINCKT 8. D’ANDREA Benoît St Augustin, Gerpinne Cécile PLUME 9. MORMONT Romain AR Herstal David BEGON 10. CAMBRON Martin CES St Joseph, Chimay Cristina ORFANU 11. VANDESMAL Estelle AR Bervoets Geneviève BASTIN 12. VANSCHOORISSE Perinne AR Ath Sébastien ROUSSEAU 13. DEVOS Chloe St Benoît/St Servais, Liège Danièle GUILLAUME 14. MAINIL Marie-Aurore AP Warocqué, Morlanwez Rosanna FUINO

EUSO2010Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Göteborg en Suède. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Alexandre IANCU qui a été sélectionné pour cette épreuve. L’équipe francophone belge y a décroché une belle médaille d’argent et l’équipe flamande une médaille de bronze ! Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html

ACLg – Olympiades de Chimie – 5ème - 2010 - 2

PROBLEMES Réponses

Problème 1 (25 points) Une solution aqueuse a été préparée. Elle contient des ions nitrate, chlorure, et sulfate accompagnés d'ions magnésium, potassium et sodium. Parmi les compositions suivantes, quelle(s) est(sont) celle(s) qui vous semble(nt) plausible(s) ? Pour chaque proposition, indiquez obligatoirement le raisonnement menant à votre réponse. a) b) c) ion concentration

(mol/L) ion concentration


(mol/L)

Mg2+ 0,030 Mg2+ 0,030 Mg2+ 0,030

K+ 0,040 K+ 0,040 K+ 0,030

Na+ 0,020 Na+ 0,020 Na+ 0,030

Cl- 0,060 Cl- 0,040 Cl- 0,040

(SO42-) 0,010 (SO4

2-) 0,030 (SO42-) 0,015

(NO3-) 0,040 (NO3

-) 0,020 (NO3-) 0,030

d) e) ion concentration


(mol/L)

Mg2+ 0,040 Mg2+ 0,030

K+ 0,040 K+ 0,040

Na+ 0,020 Na+ 0,020

Cl- 0,040 Cl- 0,040

(SO42-) 0,010 (SO4

2-) 0,010

(NO3-) 0,060 (NO3

-) 0,060 Problème 2 (25 points) Dans un mélange de chlorure de sodium, NaCl(s), et de chlorure de potassium, KCl(s), on veut déterminer les masses respectives de ces deux sels. À cette fin, on pèse 10,0 g du mélange que l’on dissout dans de l’eau distillée de manière à préparer 1,00 L de solution. On prélève 25,0 mL de la solution obtenue et on précipite la totalité des ions Cl-(aq) par addition d’ions Ag+(aq) en excès. Le précipité, lavé et séché, a une masse de 0,567 g. Déterminez les masses de NaCl(s) et de KCl(s) dans le mélange. Masse atomique de Ag = 107,87 Problème 3 (25 points) On plonge une lame de nickel dans 300 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration égale à 0,100 mol/L. Il s'installe la réaction : Ni(s) + 2 Ag+

(aq) → Ni2+(aq) + 2 Ag(s)

au cours de laquelle l'argent métallique se dépose sur la lame de nickel. A un instant donné, la masse du dépôt d'argent est égale à 0,200 g.

a) Déterminez la concentration résiduelle en ions Ag+ dans la solution. b) Calculez le nombre de moles d'ions Ni2+ apparues dans la solution. c) Calculez la concentration en ions Ni2+ de la solution à cet instant.

Masses atomiques : Ag = 107,87 ; Ni = 58,69

C. Houssier

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Problème 1 25 points

Une solution aqueuse a été préparée.Elle contient des ions nitrate, chlorure, et sulfate accompagnés d'ions magnésium, potassium et sodium.Parmi les compositions suivantes, quelle(s) est(sont) celle(s) qui vous semble(nt) plausible(s) ? Pour chaque proposition, indiquez obligatoirement le raisonnement menant à votre réponse.

a)ion concentration (mol/L)

Mg2+ 0,030

K+ 0,040

Na+ 0,020

Cl- 0,060

(SO42-) 0,010

(NO3-) 0,040

b) ion concentration (mol/L)

Mg2+ 0,030

K+ 0,040

Na+ 0,020

Cl- 0,040

(SO42-) 0,030

(NO3-) 0,020

c) ion concentration (mol/L)

Mg2+ 0,030

K+ 0,030

Na+ 0,030

Cl- 0,040

(SO42-) 0,015

(NO3-) 0,030

d) ion concentration (mol/L)

Mg2+ 0,040

K+ 0,040

Na+ 0,020

Cl- 0,040

(SO42-) 0,010

(NO3-) 0,060

e) ion concentration (mol/L)

Mg2+ 0,030

K+ 0,040

Na+ 0,020

Cl- 0,040

(SO42-) 0,010

(NO3-) 0,060

Votre numéro


Dans un mélange de chlorure de sodium, NaCl(s), et de chlorure de potassium, KCl(s), on veut déterminer les masses respectives de ces deux sels.À cette fin, on pèse 10,0 g du mélange que l’on dissout dans de l’eau distillée de manière à préparer 1,00 L de solution.On prélève 25,0 mL de la solution obtenue et on précipite la totalité des ions Cl-(aq) par addition d’ions Ag+(aq) en excès.Le précipité, lavé et séché, a une masse de 0,567 g.Déterminez les masses de NaCl(s) et de KCl(s) dans le mélange.

Ar Ag = 107,87

Votre numéro


On plonge une lame de nickel dans 300 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration égale à 0,100 mol/L.

Il s'installe la réaction : Ni(s) + 2 Ag+(aq) → Ni2+

(aq) + 2 Ag(s) au cours de laquelle l'argent métallique se dépose sur la lame de nickel.

A un instant donné, la masse du dépôt d'argent est égale à 0,200 g.

a) Déterminez la concentration résiduelle en ions Ag+ dans la solution.b) Calculez le nombre de moles d'ions Ni2+ apparues dans la solution.c) calculez la concentration en ions Ni2+ de la solution à cet instant.

Ar Ag = 107,87 ; Ar Ni = 58,69

Votre numéro


Le principal agent du "DISPRIL 250 mg" est de l'acide acétylsalicylique C9H804.

a) Calculez la masse molaire de cet acide.b) Calculez le nombre de moles d'acide acétylsalicylique présent dans un comprimé

de 250 mg (on admet que le comprimé contient 100% d'acide)

On dissout 2 comprimés dans de l'eau déminéralisée de manière à obtenir 150 mL de solution.

c) Calculez le nombre de moles d'acide acétylsalicylique dans cette solution.d) Calculez la concentration en mol/L de cette solution.e) Calculez le nombre de molécules d'acide acétylsalicylique dans cette solution.

On prélève la moitié de cette solution et on y ajoute 75,0 mL d'eau.

f) Calculez la concentration en mol/L de cette nouvelle solution.

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OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 2010 SOLUTIONS PROBLÈMES - NIVEAU I (élèves de 5ème)

PROBLEME 1 Propositions a), b) et e) correctes Justification par l'électroneutralité 5 x 5 points PROBLEME 2 (Tous les chiffres dans la machine) Soit x la quantité de matière (nombre de mol) de NaCl et y celle de KCl dans 10 g de mélange. m NaCl + m KCl = 10 g ou, avec M (NaCl) = 58,44 g/mol et M (KCl) = 74,55 g/mol x 58,44 + y 74,55 = 10 g n Cl- (dans 1 L de solution) = (0,567 g / 143,32 g/mol) x 40 = 0,1582 mol x + y = 0,1582 mol 15 points x = (10 - y 74,55) / 58,44 = 10/58,44 - y 74,55/58,44 0,1711 - 1,2757 y +y = 0,1582 0,2757 y = 0,0129 mol y = 0,0129/0,2757 = 0,0468 mol m KCl = 0,0468 × 74,55 = 3,55 g m NaCl = 6,45 g 10 points PROBLEME 3 (Tous les chiffres dans la machine) a) n Ag+ en solution = 0,03 mol 10 points

n Ag déposé = 0,001854 mol n Ag+ résiduel en solution = 0,03 - 0,001854 = 0,02815 mol c (Ag+) résiduel en solution = 0,02815 x 10/3 = 0,09382 mol/L

b) n Ni2+ apparues en solution = 0,001854/2 = 0,000927 mol 5 points c) c (Ni2+) en solution = 0,000927/0,3 = 0,00309 mol/L 10 points PROBLEME 4 (Tous les chiffres dans la machine) a) M acide acétylsalicylique = 180,16 g/mol 5 points b) n acide = 0,250/180,16 = 0,001388 mol 5 points c) n acide 2 comprimés = 0,002775 mol 5 points d) c (acide) = 0,002775 / 0,15 = 0,01850 mol/L 5 points e) N molécules = 0,002775 × 6,02 × 1023 = 1,67 × 1021 molécules 5 points f) c (acide solution diluée) = 0,01850 / 2 = 0,00925 mol/L 5 points

2011 – Année Internationale de la Chimie


par Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT, Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR, Véronique LONNAY,

Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 77 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes. Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :

N° problème 1 2 3 4 TOTAL Combustion,

stoechiométrie, loi des gaz

Stoechiométrie,pourcentages

Formule empirique et

semi-développée

Equations, stoechiométrie,

rendement

Maximum 25 20 30 25 100 Moyenne 10,49 13,90 15,01 17,69 57,09

% 42,0 69,5 50,0 70,8 57,1 La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 57,1 %, nettement supérieure à celle obtenue en 2010 (50,2 %) et comparable à celles obtenues en 2009 (56,9 %) et en 2008 (61,9 %). Il n’y a qu’un résultat inférieur à 50%; celui au premier problème. On peut toutefois s’étonner de ce mauvais résultat car il ne faisait intervenir que des notions classiques : équation, masse volumique, loi des gaz. Certains élèves ont pu confondre les volumes de gaz (dioxyde de carbone) et de liquide (kérosène) Les 10 lauréats de 5e année, qui ont obtenu plus de 89 %, sont : 1. RAYEE Robbyn UT Charleroi Sigrid JONAS 2. LOUPPE Véronique AR Izel Annick DENIS 3. SALEMI Léandro Ste Marie St-Ghislain Christelle SUVEE 4. ROYER Anthony AR Arlon Michelle BAUDOUX 5. JUNQUE Célestine AR Arlon Michelle BAUDOUX 6. SERON Benoît Collège St Louis Liège Jean RIGA 7. WATHELET Laurent AC Bockstael Bxl Claude de BAKKER 8. BAINES Stéphanie AR Nivelles Isabelle SIMAL 9. HUTSENBAND Jofrey UT Charleroi Sigrid JONAS 10. DESMECHT Adrien A.R CHENEE Dominique DUCHESNE EUSO 2011 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Pardubice (République tchèque). Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Robbyn RAYEE qui a été sélectionné pour cette épreuve. Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants qui a décroché la 1ère médaille de bronze à l'EUSO. Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html

1 Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg) avec le soutien de la Politique scientifique fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Région Bruxelloise ; la Communauté Germanophone de Belgique ; les Universités francophones ; Solvay ; Le Soir ; UCB-Pharma ; Prayon S.A.; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ; essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles; le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie chimique ; Belgochlor ; la Société Royale de Chimie ; l’Association des Scientifiques sortis de l’Université libre de Bruxelles (AScBr) ; l’Association des Chimistes sortis de l’Université catholique de Louvain (ACL) et le Centre de Didactique des Sciences de l’Université de Mons-Hainaut.


PROBLEMES Réponses Problème 1 (25 points)

Le kérosène liquide est un mélange d'hydrocarbures utilisé comme combustible dans les moteurs d'avions à réaction. On suppose que le kérosène est représenté par la formule C14H30 et que sa masse volumique (ρ) est égale à 0,763 g/mL. a) Ecrivez l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction de combustion considérée. b) Quel volume (en L) de dioxyde de carbone obtient-on (dans les CNTP soit 22,4 L par mole) si

200 L d'air réagissent avec la quantité stœchiométrique correspondante de kérosène ? c) Quelle masse de dioxyde de carbone (en g) obtient-on par la combustion totale de 100 L de

kérosène liquide ? Problème 2 (20 points) La bouillie bordelaise est constituée de 80,0 % en masse de sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4.5H2O) et de 20,0 % en masse d'hydroxyde de calcium ou chaux éteinte (Ca(OH)2) Calculez les quantités de matière (en mol) d'hydroxyde de calcium et de sulfate de cuivre pentahydraté nécessaires pour préparer 1,00 L de bouillie à 10,0 g/L. Donnée : Ar Cu = 63,6 ; Ar Ca = 40,08 ; Ar S = 32,07 Problème 3 (30 points) On cherche à déterminer la formule d'un insecticide organique ne contenant que les éléments C, H et Cl. Le traitement d'une masse de 2,00 kg conclut, après analyse, à la présence d'une masse de 1462 g de chlore au sein de l'échantillon. D'autre part, cette analyse révèle un pourcentage en masse de carbone de 24,8 %. a) Quelle est la formule brute (empirique) de cet insecticide ? b) Sachant que sa masse molaire est égale à 291 g.mol-1, déterminer la formule moléculaire de cet

insecticide. c) Proposez une formule de structure développée de ce composé. Problème 4 (25 points) A haute température, le carbone réagit avec la vapeur d'eau pour former un mélange de monoxyde de carbone et de dihydrogène. Le monoxyde de carbone isolé à partir du mélange avec l'hydrogène réagit avec le nickel pour former du tétracarbonylnickel ou nickel tétracarbonyle (Ni(CO)4) a) Ecrivez les équations équilibrées (pondérées) des deux réactions. b) Quelle masse de Ni(CO)4 obtient-on si on utilise le CO produit à partir de 72,0 g de carbone et si les 2 réactions successives ont un rendement de 80,0 % pour la première et 70,0 % pour la deuxième ? Donnée : Ar Ni = 58,7

C. Houssier

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REPONSES

PROBLEME 1 (résultats obtenus en laissant "tous les chiffres dans la machine") a) C14H30 + 43/2 O2 → 14 CO2 + 15 H2O 5 points b) V O2 = 40 L (20,95 % en volume de O2 précisément ; accepter 20 %) n O2 = 40 / 22,4 = 1,786 mol n CO2 = 1,786 x 2/43 x 14 = 1,163 mol V CO2 = 1,163 x 22,4 = 26,05 L 10 points c) m C14H30 = 76,3 kg n C14H30 = 76300 / 198 = 385 mol n CO2 = 385 x 14 = 5390 mol m CO2 = 5395 x 44 = 237378 g 10 points PROBLEME 2 M Ca(OH)2 = 74,1 g/mol 5 points 2,00 g de chaux éteinte : n Ca(OH)2 = 2,00 / 74,1 = 0,027 mol 5 points M CuSO4.5H2O = 250 g/mol 5 points 8,00 g de CuSO4.5H2O : n CuSO4.5H2O = 8,00 / 250 = 0,032 mol 5 points PROBLEME 3 a) % en masse de Cl = (1462 /2000) x 100 = 73,1 4 points % en masse de C = 24,8 % en masse de H = 2,10 3 points n C = 24,8 / 12,0 = 2,07 3 points n H = 2,1 / 1,01 = 2,08 3 points n Cl = 73,1 / 35,5 = 2,06 3 points C2H2Cl2 3 points b) M C2H2Cl2 = 97,0 g/mol 291/97,0 = 3 C6H6Cl6 5 points c) L'insecticide est l'hexachlorocyclohexane 6 points Accepter les isomères ainsi que toute proposition plausible

PROBLEME 4 a) C + H2O → CO + H2 3 points 4 CO + Ni → Ni(CO)4 3 points b) n C = 72,0 / 12,0 = 6 mol 4 points n CO = 6 x (80/100) = 4,8 mol 5 points n Ni(CO)4 = 4,8 x (1/4) x (70/100) = 0,84 mol 5 points m Ni(CO)4 = 0,84 x 171 = 143 g 5 points


par Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT,

Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY, Raymonde MOUTON-LEJEUNE†.

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 90 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes. Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :

N° problème 1 2 3 4 TOTAL Concentration,

neutralisation Mélanges : degré alcoolique, masse

volumique, concentration

Pourcentages massiques, formules

Teneur en cuivre du laiton,

titrage

Maximum 25 20 30 25 100 Moyenne 21,89 14,11 12,81 4,02 52,83

% 87,56 70,56 42,70 16,09 52,83 La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 52,83 %, inférieure à celle obtenue en 2011 (57,1 %). Les 11 lauréats de 5e année qui ont obtenu 75 % ou plus sont : WILLEMET Mathieu Inst St Joseph Carlsbourg Yvon MOLINE RUFO Alessio AR Arlon Michelle BAUDOUX RUMFELS Gilles CS St Benoit St Servais Liège Danièle GUILLAUME RADERMECKER Oskar Ecole Européenne Bruxelles I Isabelle QUERTON DEPREZ Xavier AR Waremme Patricia CROCQ HOLSTEIN Tanja Ecole Européenne Bruxelles I Isabelle QUERTON KRIESCHER Ken Königliches Atheneum Eupen Brigitte NIHANT CORDIER Corentin Coll Ste-Marie Saint Ghislain Christelle SUVEE MUSQUAR Claire Ecole Européenne Bruxelles I Isabelle QUERTON DUMORTIER Alexandre Institut St Henri Comines Dominique DEGUSSEM PIERROT Manon AR Ath Sébastien ROUSSEAU Les élèves ont bien réussi les problèmes 1 (87,6 %) et 2 (70,6 %) mais ils auraient pu facilement améliorer ce dernier résultat. En effet, ce qui semble leur poser le plus de difficulté, c'est la conversion des diverses unités ; certaines résolutions sont aussi parfaitement incompréhensibles même si on y retrouve une série de nombres (sans précision sur ce qu'ils représentent) qui figurent dans les réponses attendues. Certaines feuilles sont d’ailleurs de vrais jeux de piste pour les correcteurs ! On devrait exiger des élèves une résolution explicitée (grandeurs calculées, unités, raisonnement éventuel suivi,... ). Le troisième problème a légitimement posé des difficultés. En effet, l’énoncé dépassait le cadre strict des compétences acquises à ce stade du cursus secondaire ; néanmoins on a pu constater avec plaisir la clairvoyance et l’inventivité de la part de beaucoup d’élèves. Cela est particulièrement vrai pour ceux qui sont allés jusqu’à la formule moléculaire et qui ont fait des propositions structurales parfois décoiffantes mais toujours pleines d’imagination et d’enthousiasme. Quant au dernier problème, il était très difficile pour des élèves de cinquième mais il devait permettre de sélectionner le lauréat qualifié pour l'Euso. Tout était dans l'énoncé mais la longueur en aura désarçonné plus d'un. Beaucoup d’élèves n'ont pas 1 Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg), avec le soutien de la Politique Scientifique Fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Communauté Germanophone de Belgique ; la Région de Bruxelles Capitale ; les Universités francophones (Bruxelles, Liège, Mons-Hainaut) ; les Associations des Chimistes et des Sciences des Universités (ACLg : Liège ; AScBr : Bruxelles ; ACL : Louvain-la Neuve ; Didactique des Sciences : Mons-Hainaut) ; le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie Chimique ; essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles ; Prayon S.A.; Solvay ; UCB-Pharma ; les Éditions De Boeck ; Le Soir.

ACLg – Olympiades de Chimie – 2ème épreuve 5ème - 2012 - 2

compris qu'il s'agissait d'un titrage indirect et ils ne se sont pas servi des équations successives. La plupart des élèves n’ont pas non plus tenu compte de l'eau de cristallisation dans le calcul de la masse molaire. L'oxydoréduction n'est pas maîtrisée à ce stade et les titrages non plus. La majorité des feuilles étaient tout simplement blanches...ce qui explique la moyenne catastrophique (17,5 %). Ceux qui ont réussi ont parfois utilisé un raisonnement très personnel et pas toujours facile à suivre mais ce problème a quand même permis d'effectuer une sélection pour l'Euso.

Rappelons que l’Olympiade est un concours, un jeu qui appelle au dépassement de soi et non pas une évaluation du niveau des élèves d’un professeur ou d’un établissement donné.

EUSO2012 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a lieu cette année à Vilnius. Cette Olympiade, destinée aux élèves de 5ème année, propose aux 3 lauréats des Olympiades de biologie, de chimie et de physique de réaliser un travail scientifique pluridisciplinaire. C’est Mathieu WILLEMET qui a été sélectionné pour participer à cette épreuve. Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants lauréats en biologie, chimie et physique. Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html


ÉNONCÉS DES PROBLÈMES REPONSES

Problème 1 (25 points) Un chimiste a laissé tomber une bouteille contenant 1,0 L d'acide chlorhydrique (HCl) de concentration 1,0 mol/L. La bouteille s'est brisée et il faut au plus vite neutraliser le liquide répandu. Quelle masse (en g) d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) faudra-t-il utiliser au minimum (c'est-à-dire la quantité stœchiométrique) pour neutraliser l'acide répandu ? Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - Ca : 40,1 Problème 2 (20 points) Un "panaché" est une boisson obtenue en mélangeant 7,0 cL de limonade à 18 cL de bière blonde. Le degré alcoolique de la bière vaut 5,2°, c'est à dire 5,2 mL d'alcool par 100 mL de bière. L'alcool concerné est l'éthanol de formule C2H5OH et de masse volumique égale à 0,79 kg/dm³. Quelle est la concentration molaire (en mol/L) en éthanol du "panaché"? Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0 Problème 3 (30 points) On recherche la formule d'une base azotée constitutive de l'ADN. On a déterminé que le pourcentage massique en O était de 10,6 %. Pour déterminer les teneurs en C et en H, on a procédé à la combustion complète de 7,55 g de la substance et on a recueilli une masse de CO2 égale à 11,0 g et une masse de H2O égale à 2,25 g. a) Déterminez les pourcentages massiques des éléments carbone, hydrogène, oxygène et azote au

sein de cette molécule. b) Quelle est la formule brute (empirique) de cette molécule ? c) Sachant que sa masse molaire moléculaire est égale à 151 g.mol-1, déterminez sa formule

moléculaire. d) Proposez une formule de structure développée de cette molécule. Pour vous aider, sachez que l'azote tout comme le carbone est capable de former des molécules

cycliques voire polycycliques. Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - C : 12,0 Problème 4 (25 points) On dispose d'un échantillon de laiton qui est un alliage de cuivre et de zinc. On désire connaître la teneur en cuivre de cet alliage et pour ce faire, on procède à l'expérience ci-dessous. Seul le cuivre présent dans l'alliage est concerné par les opérations menées. Quelle est la teneur (en %) en Cu de cet alliage ? - Peser avec précision 20,0 g de métal dans un erlenmeyer de 500 mL. Ajouter environ 100 mL d'eau distillée puis environ 50,0 mL d’acide nitrique concentré. Sous la hotte, chauffer sur une plaque chauffante jusqu'à dissolution complète. Porter à ébullition et maintenir le chauffage jusqu'à disparition des vapeurs rousses. Laisser refroidir puis transvaser la solution obtenue dans une fiole jaugée de 1,00 L. Compléter au trait de jauge et homogénéiser soigneusement par retournement de la fiole après avoir bouché celle-ci. - Prélever, à l'aide d'une pipette jaugée, 25,0 mL de cette solution et les verser dans un erlemeyer de

250 mL. - Après avoir ajusté le pH de la solution, ajouter environ 10,0 mL de solution d’iodure de potassium

KI à 20 %. La couleur brune de l'iode apparaît ainsi qu'un précipité blanc de CuI.

C. Houssier

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- Titrer ensuite l'iode (I2) formé par une solution de thiosulfate de sodium jusqu'à disparition de la couleur marron. Le terme du titrage s'établit à 16,0 mL.

- La solution de thiosulfate de sodium (Na2S2O3.5H2O) a été préparée selon le protocole suivant : Peser exactement 21,0 g de Na2S2O3.5H2O et transférer la totalité de ce qui a été pesé dans un

ballon jaugé de 250 mL. Rincer la coupelle qui a servi à la pesée et recueillir l'eau de rinçage dans le ballon. Ajouter de l'eau distillée et agiter pour dissoudre le thiosulfate de sodium. Ajuster au trait de jauge puis homogénéiser par retournement de la fiole, après avoir bouché

celle-ci. - Les équations des réactions sont :

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu2+ + 6 NO3- + 2 NO + 4 H2O

Cu2+ + 2 I- → 1/2 I2 + CuI I2 + 2 S2O3

2- → 2 I- + S4O62-

Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - C : 12,0 - Cu : 63,6 - I : 126,9 - S : 32,1 - Na : 23,0

RÉPONSES Problème 1 (25 points) Equation : Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + H2O 5 points n HCl = 1,0 mol 5 points n Ca(OH) 2 = 0,5 mol 5 points M Ca(OH)2 = 74,1 g/mol 5 points m Ca(OH)2 = 74,1 x 0,5 = 37,05 g 5 points Problème 2 (20 points) V éthanol = (5,2/100) x 18 = 0,936 cL = 9,36 mL 5 points m éthanol = 9,36 x 0,79 = 7,394 g 5 points n éthanol = 7,394 / 46,0 = 0,16 mol 5 points c éthanol = 0,016 x 4 = 0,64 mol/L 5 points Problème 3 (30 points) a) n C = n CO2 = 11,0 / 44,0 = 0,25 mol 3 points m C = 0,25 x 12 = 3 g 3 points % C = (3 / 7,55) x 100 = 39,74 % 2 points n H2O = 2,25 / 18,0 = 0,125 mol 3 points n H = 2 x 0,125 = 0,250 mol 3 points m H = 0,25 g 2 points % H = (0,25 / 7,55) x 100 = 3,31 % 2 points % N = 100 - 3,31 - 39,74 - 10,60 = 46,35 % 2 points b) n C = 39,74 / 12 = 3,31 = 5 n H = 3,31 = 5 Formule empirique : C5H5N5O 4 points n N = 46,35 / 14 = 3,31 = 5 n O = 10,60 / 16 = 0,66 = 1 c) Formule moléculaire : C5H5N5O (guanine) 3 points d) Formule développée + accepter toute proposition plausible 3 points


Problème 4 (25 points) M NaS203.5H2O = 248,2 g/mol 2 points n S2O3

2- = 21,0 / 248,2 = 0,085 mol 3 points c S2O3

2- = 0,085 x 4 = 0,338 mol/L 3 points n S2O3

2- titrage = 0,338 x 0,016 = 0,0054 mol 3 points n I2 = 0,0054 / 2 = 0,0027 mol 3 points n Cu2+ = 0,0054 mol 3 points n Cu2+ tot = 0,0054 x 40 = 0,217 mol 3 points m Cu tot = 0,217 x 63,6 = 13,78 g 3 points Teneur en Cu = (13,78 / 20) x 100 = 68,9 % 2 points

OLYMPIADE FRANCOPHONE DE CHIMIE 20131 2ème épreuve -NIVEAU I (élèves de cinquième année)

Jean-Claude DUPONT, Damien GRANATOROWICZ, Jacques FURNEMONT,

Robert HULS, Josiane KINON-IDCZAK, Sandrine LENOIR, Véronique LONNAY, Liliane MERCINY

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. 74 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes. Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :

N° problème 1 2 3 4 TOTAL Concentration Titrage acide/base Solubilité Formule moléculaire

Maximum 25 25 25 25 100 Moyenne 22,80 20,36 16,82 6,92 66,90

% 91,20 81,44 67,28 27,68 66,90 La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 66,90 %, bien supérieure à celle obtenue en 2012 (52,83 %). Alors que les lauréats de 2012 avaient obtenu plus de 75 %, cette année, les 12 lauréats de 5e année, ont obtenu plus de 90 % ; ce sont :

1 CARDINAEL Pieter AR Arlon Michelle BAUDOUX 2 RAVOISIN Nathan AR Arlon Michelle BAUDOUX 3 SCHOONEN Cédric Ath.Com. E. Bockstael Despina KATSAROS 4 SCHOVAERS Corentin Institut Saint-Louis, Namur Céline TONDEUR 5 VROONHOVE Thibault College St-Michel, Gosselies Nathalie EVRARD 6 MULLER Wendy AR Waimes Sonia GALLENI 7 PAQUET Arnaud AR "Air Pur", Seraing Viviane COLLIGNON 8 EL HOMRITI Fatima AR Serge Creuz, Bruxelles Hafida HAZOURI 9 BILBA Teddy Ath. Com. R. Catteau, Bxl Isabelle VANHAELEN

10 BONTEMPS Ludovic Coll. Mercier, Braine-L'Alleud Adèle DE BONT 11 VANCOPPENOLLE Matthias Coll. Ste-Marie, Mouscron Fanny DOCQUIR 12 ROSENBRUCH Quentin Coll. Ste-Marie, Saint Ghislain Christelle SUVEE

Les élèves ont très bien réussi les problèmes 1 (91,20 %) et 2 (81,44 %) et bien le problème 3 (67,28 %). Par contre, le problème 4 n’a obtenu qu’une note de 27,68 %. La moyenne très élevée obtenue par les lauréats indique que l'épreuve n'était pas très sélective. Pour les problèmes 1, 2 et 3, de nombreux élèves ont fait un 100 %. Le niveau de difficulté de ces 3 problèmes était trop faible.

Rappelons que l’Olympiade est un concours, un jeu qui appelle au dépassement de soi et non pas une évaluation du niveau des élèves d’un professeur ou d’un établissement donné.

EUSO2013 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant pour participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Luxembourg du 17 au 24 mars ; l’olympiade avait pour thème «'Time for more science, friendship, knowledge and teamwork ».

1 Organisée par l'Association des Chimistes de l'Université de Liège (ACLg) avec le soutien de la Politique scientifique fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Région Bruxelloise ; la Communauté Germanophone de Belgique ; les Universités francophones ; Solvay ; Le Soir ; UCB-Pharma ; Prayon S.A.; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ; essenscia Wallonie ; essenscia Bruxelles; le Fonds de Formation des Employés de l’Industrie chimique ; Belgochlor ; Belgian Shell ; la Société Royale de Chimie ; l’Association des Scientifiques sortis de l’Université libre de Bruxelles (AScBr) ; l’Association des Chimistes sortis de l’Université catholique de Louvain (ACL) et le Centre de Didactique des Sciences de l’Université de Mons-Hainaut.


26 pays s’étaient inscrits formant au total 44 équipes en compétition. Les participants âgés de 17 ans au maximum étaient ré-partis en équipes de 3 personnes. L’olympiade proprement dite comprenait deux épreuves pratiques assorties de questions théoriques et de réflexion. Chaque épreuve pratique comportait des aspects biologiques, chimiques et physiques. En chimie, c’est Pieter CARDINAEL qui a été sélectionné pour participer à cette épreuve. L’équipe belge néerlandophone a obtenu une médaille d’argent tandis que l’équipe belge francophone s’est vue attribuer une médaille de bronze. Toutes nos félicitations à l'équipe francophone des 3 étudiants : Pieter Cardinael (Athénée Royal Arlon), Nathan Greffe (Athénée Royal Air Pur - Seraing), Salomée Desmecht (Athénée Royal - Chênée) ; Léonard Hockx était « mentor » pour la chimie. Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso.be/euso/Fran/fran.html

PROBLEMES REPONSES

PROBLEME 1 (25 points) On amène une solution de 100 mL de saccharose (C12H22O11) de concentration 1,00 mol/L à un volume final de 1,00 L. a) Combien de fois a-t-on dilué la solution initiale ? b) Calculez la quantité de matière n (en mol) dans la solution initiale. c) Calculez la quantité de matière n (en mol) dans la solution diluée. d) Quelle est la concentration c (en mol/L) de la solution diluée ? e) Quelle est la concentration massique cm (en g/L) de la solution diluée ? Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0

PROBLEME 2 (25 points)

La batterie de voiture est un accumulateur au plomb, une sorte de pile rechargeable. La batterie se décharge lorsqu'elle fournit du courant, par exemple pour démarrer le moteur. Elle se recharge ensuite grâce au courant fourni par un alternateur entraîné par le moteur. Ce phénomène est analogue à celui de la dynamo du vélo. L'équation suivante représente la décharge (de gauche à droite) et la charge (de droite à gauche) :

La concentration en acide sulfurique varie en fonction de l'état de charge de la batterie. Par exemple, si elle est complètement chargée, la concentration de l'acide sulfurique est de 4,65 mol/L. Si elle est complètement déchargée, sa concentration n'est plus que de 2,00 mol/L. Pour vérifier l'état de charge d'une batterie, on peut réaliser un dosage de la concentration d'acide sulfurique en procédant comme suit : On prélève exactement 5,00 mL de la solution d'acide et on les introduit dans un erlenmeyer. On dilue avec environ 100 mL d'eau désionisée. On titre la solution d'acide sulfurique au moyen d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0,960 mol/L. Le titrage nécessite un volume de 36,0 mL de solution d'hydroxyde de sodium. Quelle est la concentration c (en mol/L) de l'acide sulfurique de la batterie ?

H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) →Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l) Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - S : 32,1 - Na : 23,0

C. Houssier

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PROBLEME 3 (25 points) L'eau de distribution de la région bruxelloise a une teneur élevée en ions calcium (Ca2+), à savoir 140 mg d'ions Ca2+ par litre d'eau. On dit que c'est une eau dure. Par chauffage prolongé au-dessus de 60 °C d'une eau dure, il se forme un dépôt de carbonate de calcium qui entartre les appareils de chauffage comme les machines à laver par exemple. La réaction de précipitation du carbonate de calcium peut s'écrire comme suit :

Ca2+ (aq) + 2 HCO3- (aq) → CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l)

a) Calculez la quantité de matière n (en mol) de CaCO3 qui pourrait théoriquement précipiter à partir

de 1,00 m³ d'eau de distribution de la région bruxelloise. b) Calculez la masse m (en g) de CaCO3 qui pourrait théoriquement précipiter à partir de 1,00 m³

d'eau de distribution de la région bruxelloise. Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - C : 12,0 - Ca : 40,1 PROBLEME 4 (25 points) Un sel double2, plus précisément un sulfate double de fer et d’ammonium hydraté subit l'analyse suivante. On dissout 7,84 g du sel dans de l’eau et on ajoute du BaCl2 jusqu’à précipitation complète. On obtient 9,34 g de BaSO4. En traitant le sel par de l’hydroxyde de calcium on obtient un dégagement d’ammoniac que l'on recueille et dont on mesure le volume aux conditions normales de température et de pression. A partir de 3,92 g de sel, on obtient 448 mL d’ammoniac. Enfin, on détermine que 5,88 g de sel renferment 0,838 g de fer et 0,302 g d’hydrogène. a) Quelle est la formule moléculaire du sel ? b) Proposez une formule faisant apparaître les groupements sulfate, les groupements ammonium et

les molécules d'eau d'hydratation. Ar : H : 1,0 - N : 14,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - S : 32,1 - Ba : 137,3 - Fe : 55,9

REPONSES PROBLEME 1 a) Dilution : 10 fois 5 points b) n = 0,100 mol 5 points c) n = 0,100 mol 5 points d) c = 0,100 mol/L 5 points e) cm = 0,100 mol/L x 342 g/mol = 34,2 g/L 5 points PROBLEME 2 n NaOH = 0,960 mol/L x 0,036 L = 0,03456 mol 10 points n H2SO4 = 0,03456 mol / 2 = 0,01728 mol 5 points c H2SO4 = 0,01728 mol / 0,005 L = 3,456 mol/L 10 points

2 Un sel double est un sel qui résulte de la combinaison de deux sels comme par exemple l'alun, qui est un sulfate double d'aluminium et de potassium, de formule KAl(SO4)2 . 12 H2O.


PROBLEME 3 n Ca2+ dans un litre = 0,140 (g/L) / 40,1 (g/mol) = 3,4912.10-3 mol 10 points n Ca2+ dans un m³ = 1000 x 3,4912.10-3 mol = 3,4912 mol 5 points n CaCO3 dans un m³ = 3,4912 mol 5 points m CaCO3 dans un m³ = 3,4912 mol x 100,1 g/mol = 349,47 g 5 points PROBLEME 4 M BaSO4 = 233,4 g/mol n BaSO4 = 9,34 g / 233,4 g/mol = 0,0400 mol n SO4

2- = n S = 0,0400 mol 5 points m S = 0,0400 mol x 32,1= 1,2845 g % S = (1,2845 g / 7,84 g) x 100 = 16,38 % n NH3

= n N = 0,448 L / 22,4 L/mol = 0,0200 mol m N = 0,0200 mol x 14 g/mol = 0,28 g 5 points % N = (0,28 g / 3,92 g) x 100 = 7,143 % % Fe = (0,838 g / 5,88 g) x 100 = 14,25 % 2 points % H = (0,302 g / 5,88 g) x 100 = 5,136 % 2 points % O = 100 - %S - % N - % Fe - %H = 57,09 % 2 points n S = 16,38 / 32,1 = 0,51 n N = 7,143 / 14,0 = 0,51 n Fe = 14,25 / 55,9 = 0,25 3 points n H = 5,13 n O = 57,09 / 16,0 = 3,57 Formule moléculaire : H20FeN2O14S2 3 points Formule "développée" : (NH4)2Fe(SO4)2 . 6 H2O 3 points PROBLEME 4 VARIANTE M BaSO4 = 233,4 g/mol n BaSO4 = 9,34 g / 233,4 g/mol = 0,0400 mol n SO42- = 0,0400 mol 4 points Dans une mole de sel, si n SO4

2- = 2,00 mol alors M sel = (7,84 g/ 0,0400 mol) x 2,00 = 392 g/mol 4 points Dans 3,92 g de sel, n NH3 = 0,448 L / 22,4 L/mol = 0,0200 mol Donc, dans 392 g de sel il y a 2,00 mol d’ions NH4+ 4 points Dans 5,88 g de sel, n Fe = 0,838 g / 55,87 g/mol = 0,0150 mol Dans une mole de sel ou 392 g, n Fe = (0,0150 mol / 5,88 g) x 392 g = 1,00 mol 3 points La formule est donc (NH4)2Fe(SO4)2. xH2O 3 points On obtient la quantité de matière de H2O, à partir de la masse d’hydrogène. n H = [(0,302 g/ 1,0 g/mol) / 5,88 g] x 392 g = 20,13 Considérons que n H =20 3 points Comme il y a deux ions NH4+, il faut retirer 8 H de sorte qu’il en reste 12, ce qui correspond à 6 H2O La formule finale est donc à : (NH4)2Fe(SO4)2. 6H2O 4 points


PROBLEMES - NIVEAU I (élèves de 5ème

)

R. CAHAY, G. DINTILHAC, J.C. DUPONT, J. FURNEMONT,

D. GRANATOROWICZ, C. HOUSSIER, S. LENOIR

V. LONNAY, L. MERCINY, M. PETIT, C. STEGEN

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes. Un

problème complémentaire était aussi proposé pour départager les ex-æquo éventuels. 88

élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures pour répondre et pouvaient utiliser

une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi d'un tableau des masses

atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.

Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :

N° problème 1 2 3 4 TOTAL

Masse

molaire,

concentration

Stœchiométrie,

rendement

Titrage,

concentration

Formule brute,

structure de

Lewis

Maximum 25 25 25 25 100

Moyenne 19,80 17,84 14,84 15,80 68,28

% 79,2 71,4 59,4 63,2 68,3

La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 68,3% un peu

supérieure à celle obtenue en 2013 (66,90 %).

Alors que les lauréats de 2013 avaient obtenu plus de 90 %, cette année, les 11 lauréats de 5e

année, ont obtenu plus de 99 % ; ce sont :

Nom Prénom Classement Ecole Professeur ROUSSEAUX Tom 1 Institut Saint-Louis, Namur F. VAN PACHTERBEKE

VLAEMINCK Jean-Martin 2 C.S. Maria Assumpta, Laeken A. ROUSSEAU

LEONARDI Maxine 3 École Européenne, Bruxelles I I. QUERTON

GHIOULEAS Léna 4 Collège du Christ-Roi, Ottignies M. DELVIGNE

NUYTTEN Manon 5 Institut Saint-Henri, Comines D. DE GUSSEM

QUATRESOOZ Florian 5 Coll. C Mercier, Braine-l'Alleud A. DE BONT

MARICHAL Joachim 5 Institut Notre-Dame, Thuin A. LIEGEOIS

THIEFFRY Sylvia 8 Athénée A Max, Bruxelles I I. MESSARI

PACE Manuel 8 CS Saint-Benoît, Habay M. VANOVERSCHELDE

VANBRABANT Martin 8 CS Saint-Benoît, Habay M. VANOVERSCHELDE

LHUIRE Anne-Charlotte 11 Athénée Royal, Arlon M. BAUDOUX

Ces 11 lauréats de 5ème

2014 seront admis directement à la 2ème

épreuve s'ils s'inscrivent à

l'Olympiade de Chimie 2015.

Pour ce niveau d'épreuve, il faudra absolument veiller à choisir des questions plus difficiles,

plus sélectives. Nous avions 10 élèves avec un score de 100/100 et 1 élève à 99/100 (seuil

choisi pour la sélection des lauréats de 5ème

). Le 5ème

problème a permis de les départager

mais cela reste trop serré et il reste des ex-æquo. Le lauréat classé 1er et qui va à l'EUSO a

obtenu 124/125.

ACLg - Olympiade de chimie 2014 - Problèmes - 2

EUSO 2014 Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner un étudiant (Tom ROUSSEAUX) pour

participer à l'EUSO (European Union Science Olympiad) qui a eu lieu cette année à Athènes,

Grèce, du 30 mars au 6 avril 2014.

25 pays s’étaient inscrits formant au total 50 équipes en compétition. Les participants âgés de

17 ans au maximum étaient répartis en équipes de 3 personnes. L’olympiade proprement dite

comprenait deux épreuves pratiques assorties de questions théoriques et de réflexion. Chaque

épreuve pratique comportait des aspects biologiques, chimiques et physiques. Les questions

étaient d'un niveau élevé : mesures de viscosité, d'indice de réfraction, de conductance

électrique, électrolyse, titrages rédox, spectrophotométrie.

Les équipes belges ont très bien travaillé. L'an passé la médaille d'argent était attribuée à

partir de 150/200 environ. Cette année, le niveau était extrêmement élevé et la 1ère

médaille

d'argent a été attribuée à 175/200, ce qui ne laisse qu'une médaille de bronze pour chaque

équipe belge dont les résultats avoisinaient les 150/200.

Toutes nos félicitations aux 3 étudiants de l'équipe francophone. Léonard Hocks en était le

« mentor » pour la chimie.

Si vous voulez en savoir plus sur l’EUSO, consultez le site : http://www.euso2014.eu/


PROBLEMES


Le sulfate de cuivre(II) pentahydraté (CuSO4.5H2O) est utilisé comme algicide (produit

antialgues) dans les eaux de certaines piscines. Cela évite la prolifération d'algues et l'eau est

ainsi plus propre et sans danger pour le baigneur. La quantité de sulfate de cuivre(II) doit

toutefois respecter une teneur limite fixée par la législation. Cette teneur est de 10,0 mg/L en

sulfate de cuivre(II) pentahydraté.

a) Calculer la masse molaire du sulfate de cuivre(II) pentahydraté.

b) Une personne prépare une solution de sulfate de cuivre(II) pentahydraté en

plaçant 200 g de CuSO4.5H2O dans un arrosoir de contenance égale à 20,0 L.

Calculer la concentration c (en mol/L) de cette solution ?

c) Quelle est la couleur de la solution obtenue ?

d) Le contenu de l'arrosoir est dispersé dans une piscine de 50,0 m³.

Calculer la concentration c (en mol/L) en CuSO4.5H2O dans l'eau de la piscine.

e) Montrer que cette personne respecte la législation. Ar : Cu : 63,5 - S : 32,1 - O : 16,0 - H : 1,01


Synthèse d'un analgésique : le paracétamol.

Le paracétamol, de formule C8H9NO2 a des propriétés analgésiques (il atténue la douleur) et

antipyrétiques (il réduit la fièvre). Il est obtenu par synthèse organique en faisant réagir du 4-

aminophénol (C6H7NO) et de l'anhydride acétique (C4H6O3).

Au cours de cette réaction, il se forme aussi de l'acide éthanoïque (acétique), CH3-COOH ou

C2H4O2.

L'équation pondérée (équilibrée) de cette réaction est : C4H6O3 (l) + C6H7NO (s) → C8H9NO2 (s) + CH3COOH (l)



Protocole expérimental :

On dissout par chauffage au bain-marie, 10,0 g de cristaux de 4-aminophénol dans 100 mL

d'une solution d'eau et d'acide acétique*.

Après refroidissement, on ajoute 5,00 mL d'anhydride acétique liquide en agitant en

permanence.

On chauffe à nouveau au bain-marie à 50,0 °C pendant 20 minutes. On refroidit la solution

dans un bain de glace et on observe la formation de cristaux. Ceux-ci sont filtrés et séchés. La

masse des cristaux obtenus est égale à 5,70 g. (NB : l''acide acétique n'intervient pas à ce moment comme réactif mais comme agent facilitant la dissolution du

4-aminophénol)

a) Calculer la masse m (en g) de paracétamol qui pourrait théoriquement se former à

partir des quantités de réactifs mises en œuvre.

b) Calculer le rendement η (en %) de cette réaction.

Le rendement d'une réaction est le rapport entre la masse expérimentale de produit

désiré effectivement obtenue et la masse maximale théorique que l'on est en droit

d'attendre compte tenu de la stœchiométrie de la réaction et des quantités de réactifs

mises en œuvre. Il s'exprime en pourcents selon l'expression suivante :

η = (m exp / m th) x 100 (%)

(Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0 - O : 16,0 - N : 14,0 - masse volumique ρ C4H6O3 = 1,08 g/mL)


Degré d'acidité d'un vinaigre

On dispose d'une bouteille de vinaigre dont on veut déterminer le degré d'acidité.

Le degré d'acidité (°) représente la masse d'acide éthanoïque (acétique exprimée) en gramme,

présente dans 100 g de vinaigre. 1,00° correspond donc à 1,00 g d'acide acétique pur pour

100 g de vinaigre.

On admet que le seul acide présent dans le vinaigre est l'acide acétique et que la masse

volumique du vinaigre est égale à 1,00 g/mL.

On dilue dix fois le vinaigre pour obtenir une solution diluée.

On prélève 20,0 mL de cette solution et on réalise un dosage de l'acide acétique à l'aide d'une

solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration c = 0,100 mol/L.

Il faut 20,8 mL de solution d'hydroxyde de sodium pour neutraliser l'acide acétique selon

l'équation : CH3COOH + NaOH → CH3COONa + NaCl

a) Calculer la concentration c (en mol/L) de la solution diluée.

b) Calculer la concentration c (en mol/L) du vinaigre.

c) Calculer le degré d'acidité (en °) de ce vinaigre. (Ar : H : 1,01 - Na : 23,0 - O : 16,0 - Cl : 35,5 - C : 12,0)


Un brasseur rencontre des problèmes récurrents lors de la cuisson de son moût. Des odeurs

désagréables de choux cuit se forment et dénaturent le goût de sa bière. Il décide de confier un

échantillon de son brassin à un laboratoire afin de déterminer la nature de la substance

indésirable. Après avoir isolé la substance et déterminé qu'elle ne contenait que des atomes de

S, H et C, le laboratoire procède à son analyse en vue déterminer sa structure.

Pour cela, on fait réagir avec du dichlore (Cl2) une masse 6,20 g de cette substance.

On recueille 21,9 g de HCl, 30,8 g de CCl4 et 10,3 g de SCl2.

a) Déterminer la formule brute la plus simple de ce composé.


b) A partir de cette formule, proposer une structure de Lewis plausible pour ce composé. (Ar : Cl : 35,5 - S : 32,1 - O : 16,0 - H : 1,01 - C : 12,0)


PROBLEME COMPLEMENTAIRE DESTINE A DEPARTAGER LES EX-AEQUO

On désire déterminer le pourcentage massique de CaCO3* d'une roche calcaire. Pour ce faire,

on broie un échantillon de roche d'une masse de 9,20 g. On plonge ensuite le solide dans un

erlenmeyer contenant précisément 400 mL d'une solution de HCl de concentration c = 0,500

mol/L. Une réaction démarre aussitôt ; elle s'accompagne d'un dégagement gazeux.

On laisse cette réaction aller jusqu'à son terme c'est-à-dire jusqu'à la disparition du

dégagement gazeux. On prélève alors 100 mL de la solution réactionnelle que l'on dose à

l'aide d'une solution de NaOH de concentration c = 1,00 mol/L.

Il faut 17,8 mL de cette solution de NaOH pour neutraliser 100 mL de la solution

réactionnelle.

(NB : on admettra que CaCO3 est la seule espèce chimique présente dans la roche qui peut réagir avec HCl)

a) Ecrire l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction entre le CaCO3 et HCl

b) Ecrire l'équation pondérée (équilibrée) de la réaction du dosage.

c) Déterminer le pourcentage massique de la roche en CaCO3. (Ar : H : 1,0 - O : 16,0 - Ca : 40,1 - Na : 23,0 - Cl : 35,5 - C = 12,0)

REPONSES


a) M CuSO4.5H2O = 249,7 g/mol 5 points

b) c = 200 / (249,7 × 20,0) = 4,00 × 10-2

mol/L 5 points

c) Solution bleue 5 points

d) c = (4,00.10-2

× 20,0) / 50,0 × 103

= 1,60 × 10-5

mol/L 5 points

e) cm = 1,60 × 10-5

mol/L × 249,7 = 4,00 × 10-3

g/L ou 4,00 mg/L

La législation est respectée 5 points


a) M C4H6O3 = 102,06 g/mol 6 points

M C6H7NO = 109,07 g/mol

M C8H9NO2 = 151,09 g/mol

m C4H6O3 = 5 × 1,08 = 5,40 g 5 points

n C4H6O3 = 5,40 / 102,06 = 0,0529 mol

n C6H7NO = 10,0 / 109,07 = 0,0917 mol 5 points

m théorique C8H9NO2 = 0,0529 × 151,09 = 7,99 g 5 points

b) η = (5,70 / 7,99) × 100 = 71,3 % 4 points


c solution diluée = (0,100 × 20,8 ) / 20 = 0,104 mol/L 10 points

c vinaigre = 0,104 × 10 = 1,04 mol/L 5 points

M C2H4O2 = 60,04 g/mol 5 points

degré d'acidité = (60,04 × 1,04) /10 = 6,24° 5 points



S : (10,3 / 103,1) × 32,1 × (100 / 6,20) = 51,7 % 5 points

C : (30,8 / 154) × 12,0 × (100 / 6,20) = 38,7 % 5 points

H : (21,9 / 36,51) × 1,01 × (100 / 6,20) = 9,77 % 5 points

Formule brute la plus simple : 5 points

S : 51,7 / 32,1 = 1,61 mol dans 100 g de composé S : 1

C : 38,7 / 12,0 = 3,23 mol dans 100 g de composé C : 2

H : 9,77 / 1,01 = 9,67 mol dans 100 g de composé H : 6

Formule : C2H6S

Structure : Diméthylsulfure ou toute autre structure plausible 5 points

VARIANTE ; dans 6,2 g de substance, il y a :

S : 10,3 / 103,1 = 0,100 mol 5 points

C : 30,8 / 154 = 0,200 mol 5 points

H : 21,9 / 36,51 = 0,600 mol 5 points

Formule : C2H6S 5 points

Structure : Diméthylsulfure ou toute autre structure plausible 5 points


CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O 3 points

HCl + NaOH → NaCl + H2O 3 points

n HCl dans les 400 mL de départ = 0,500 × 0,400 = 0,200 mol 3 points

n HCl dans les 100 mL prélevés = 0,0178 mol 3 points

n HCl dans les 400 mL de la solution obtenue = 0,0178 × 4 = 0,0712 mol 3 points

n HCl consommés = 0,200 - 0,0712 = 0,129 mol 3 points

n CaCO3 = 0,129 / 2 = 0,0644 mol 3 points

m CaCO3 = 0,0644 × 100,01 = 6,44 g 2 points

% massique = (6,44 / 9,2) × 100 = 70,0 % 2 points


2ème

épreuve -NIVEAU 1 (élèves de 5ème

année)

par D. GRANATOROWICZ, G. DINTILHAC, J.C. DUPONT, S. LENOIR, V. LONNAY,

L. MERCINY, M. PETIT, C. STEGEN, R. CAHAY, J. FURNEMONT, C. HOUSSIER

Cette deuxième épreuve de l'Olympiade notée sur 100 points comprenait 4 problèmes principaux

et un problème subsidiaire. La note du problème supplémentaire aurait pu être prise en compte

s’il avait fallu départager les ex-aequo en vue de l’EUSO (European Union Science Olympiad).

Cela n’a pas été nécessaire cette année. 89 élèves ont pris part à cette épreuve. Ils avaient 2 heures

pour répondre et pouvaient utiliser une machine à calculer non programmable. Ils disposaient aussi

d'un tableau des masses atomiques relatives et des valeurs de quelques constantes.

Les moyennes obtenues aux différents problèmes ont été les suivantes :

N° problème 1 2 3 4 TOTAL 5

Matière Stœchiométrie,

quantité de

matière

Formules

d’une

substance

organique

Masse molaire

de l’europium

Titrage,

concentration,

Pourcentage

massique

Formules

d’une

substance

organique

Maximum 25 25 25 25 100 25

Moyenne 17,30 11,79 17,31 7,66 54,07 3,66

% 69,2 47,2 69,2 30,6 54,1 14,6

La moyenne générale obtenue par les élèves ayant participé à l’épreuve a été de 54,1 %

nettement inférieure à celle obtenue en 2014 (68,3%). Cela s'explique vraisemblablement par le

fait que les rédacteurs ont accru le niveau de difficulté de l'épreuve 2015 ce, afin de répondre à

l'exigence de sélection pour l'EUSO. En effet, les lauréats de 2014 avaient obtenu plus de 99 % ; il

avait fallu les départager, ce qui n’a pas été le cas cette année.

Selon les correcteurs, les élèves amélioreraient probablement leurs résultats en utilisant un

formalisme scientifique (expressions mathématiques intégrant aussi les unités) ainsi que les trois

formules, n = m/M ; c = n / V et n = V / Vm .

Par exemple, dans le problème 2, on doit déterminer la formule moléculaire d’un composé

organique. Les données nous informent que la combustion de 1,00 g de composé fournit 1,91 g de

dioxyde de carbone. Plutôt qu’utiliser un raisonnement avec règle de trois, on peut directement

écrire :

n(CO2) = m(CO2) / M(CO2) = 1,91 g / 44,01 g.mol-1

= 0,434 mol

1 Avec le soutien de la Politique scientifique fédérale ; la Communauté Française de Belgique ; la Communauté

Germanophone de Belgique ; Solvay ; Le Soir ; Prayon sa ; les Editions De Boeck ; Larcier ; Tondeur ; essenscia

Wallonie; essenscia Bruxelles ; Co-valent ; la Société Royale de Chimie ; la Région Bruxelloise ; les Universités

Francophones.


L'histogramme des

résultats ci-contre montre

que les pics principaux se

situent aux alentours de 55

à 75 % des points.

Sur les 89 qui ont participé

à l'épreuve, il y en a 50 qui

ont obtenu un score entre

15 et 55 % .

Les 12 lauréats de 5e année, qui ont obtenu 85 % ou plus, sont :

Nom Prénom Classe-

ment

Ecole Professeur

STOJEK Aleksandra 1 Coll. St Michel, Bruxelles D. VAN NAEMEN

CHABOT Olivier 2 Athénée Royal, Waremme C. LIBERT

VERMEYLEN Valentin 3 CS St-Benoît St-Servais, Liège M.J. MASY

RÖSSLER Nicolas 4 Königliches Athenäum, Eupen B. LEYH-NIHANT

TEREFENKO Alexandre 5 Athénée Provincial, La Louvière S. ERGOT

PANKERT Joachim 6 Königliches Athenäum, Eupen B. LEYH-NIHANT

QUIRINY Antoine 7 Institut Saint-Laurent, Marche C. LECOMTE

DIELS Amaury 8 AR Arlon M. BAUDOUX

DELCROIX Mathieu 9 Institut Saint-Joseph, Carlsbourg Y. MOLINE

KAMGA Oscar 10 AthCom.M. Destenay, Liège 2 W. CINO

ROZET François 11 CS St-Benoît St-Servais, Liège M.J. MASY

VANDENBROUCKE Vincent 12 Collège St-Michel, Gosselies N. EVRARD

EUSO 2014

Cette deuxième épreuve a permis de sélectionner une étudiante (Aleksandra STOJEK) pour

participer à l'EUSO qui a eu lieu cette année à Klagenfurt, Autriche, du 26 avril au 3 mai 2015.

L’olympiade avait pour thème «Keep calm and science on». 25 des 28 pays de l’UE se sont confrontés avec chacun deux équipes de 3 participants âgés de 17

ans au maximum. L’olympiade proprement dite comprenait deux épreuves pratiques assorties de

questions théoriques et de réflexion. Chaque épreuve pratique comportait des aspects biologiques,

chimiques et physiques.

L’équipe belge néerlandophone a obtenu une médaille d’argent tandis que l’équipe belge

francophone s’est vue attribuer une médaille de bronze.

Toutes nos félicitations à l'équipe francophone qui se composait de Olivier Chabot (Athénée Royal

Waremme), Cyrille Kervyn de Marcke ten Driessche (Athénée Royal Arlon) et Aleksandra Stojek

(Collège Saint-Michel Bruxelles).


QUESTIONS

Problème 1 Equations - Stœchiométrie - Concentrations (25 pts)

La décomposition par fermentation du sucre (C6H12O6), contenu dans le jus de raisin, donne de

l'éthanol (C2H5OH) et du dioxyde de carbone (CO2) .

a) Compléter et équilibrer (pondérer) l'équation de cette réaction.

b) Quelle est la quantité de matière (en mol) d'éthanol obtenue par la fermentation de 75,0 L de jus

de raisin contenant 240 g de sucre par litre ?

c) Quel est le volume (en m³) de dioxyde de carbone formé (aux conditions normales de

température et de pression) ?

d) Quel est le degré alcoolique (en °) du vin obtenu par fermentation de ce jus de raisin ? Par

convention, 1 ° correspond à 1 mL d'éthanol pur contenu dans 100 mL de vin ou d'une boisson

alcolisée.

Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0 -- ρ éthanol = 0,740 g/cm³

Problème 2 Analyse pondérale - Structure de Lewis (25 pts)

On a brûlé dans l'oxygène une masse de 1,00 g d'une matière organique formée uniquement de

carbone, d'hydrogène et d'oxygène.

On a ainsi obtenu 1,91 g de dioxyde de carbone et 1,17 g d'eau.

a) Sachant que la masse molaire de cette matière organique vaut 46,0 g/mol, déterminer sa formule

moléculaire (formule brute).

b) Cette formule moléculaire est compatible avec deux formules de structure développée

correspondant à deux substances différentes.

Proposer pour chacune d'elles, une structure de Lewis, en utilisant uniquement des liaisons

covalentes normales et en indiquant tous les électrons de valence

Il n'est pas nécessaire d'indiquer les charges partielles des atomes. Ar : H : 1,01 - O : 16,0 - C : 12,0

Problème 3 Stœchiométrie (25pts)

Afin de déterminer la masse molaire atomique de l'europium, on dissout en solution

aqueuse 1,00 g de dichlorure d'europium (EuCl2) que l'on traite ensuite avec un

excès d'une solution aqueuse de nitrate d'argent (AgNO3).

La totalité des ions chlorures précipite sous forme de 1,29 g de chlorure d'argent

(AgCl).

Selon ce protocole, quelle valeur obtient-on pour la masse molaire atomique de

l'europium ? Ar : Cl : 35,5 - Ag : 108

Problème 4 Stœchiométrie - Concentrations - Chimie au quotidien (25 pts) Le peroxyde d'hydrogène est un composé chimique de formule H2O2. Il s'agit d'un liquide clair,

légèrement plus visqueux que l'eau, incolore en solution. Ses propriétés oxydantes font de lui un

réactif utilisé dans de nombreux domaines, par exemple, pour le blanchiment de diverses matières

ou encore la désinfection. Il est communément appelé eau oxygénée car on l'utilise en solution dans

l'eau, à des concentrations diverses.

Pour mesurer la concentration d'une solution commerciale d’eau oxygénée, on peut procéder

comme suit :

On prélève 2,00 mL de cette solution incolore et on les fait réagir, en milieu acide,

avec 100 mL d’une solution de coloration rose-mauve de permanganate de

potassium (KMnO4) de concentration égale à 0,0100 mol/L.

Equation 1 : 5 H2O2 + 2 MnO4- + 6 H

+ → 2 Mn

2+ + 8 H2O + 5 O2

Au terme de cette première réaction, la solution obtenue présente une coloration rose - mauve, ce

qui révèle la présence d'un excès de permanganate de potassium.


Afin de mesurer cet excès, on prélève 20,0 mL de cette solution en vue d’un dosage à l’aide d’une

solution de sulfate de fer et d’ammonium (Fe(NH4) 2 (SO4) 2 ). Ce dosage consiste à faire réagir

quantitativement le permanganate de potassium en excès avec une solution de sulfate de fer et

d’ammonium dont on connaît avec précision la concentration. Le terme du dosage est atteint

lorsque la prise d’essai de 20,0 mL se décolore définitivement, ce qui indique la disparition

complète des ions MnO4-

Equation 2 : MnO4- + 5 Fe

2+ + 8 H

+ → Mn

2+ + 5 Fe

3+ + 4 H2O

La solution de sulfate de fer et d'ammonium utilisée pour cette deuxième réaction, contient 4,23 g

de Fe(NH4) 2(SO4) 2 pour un volume de 500 mL d’eau distillée. Le volume de solution de sulfate de

fer et d’ammonium utilisé pour arriver à la décoloration est de 21,1 mL.

a) Calculer la concentration (mol/L) de la solution d’eau oxygénée.

b) Sachant que cette solution a une masse volumique de 1,01 g/cm3, calculez le pourcentage

massique en H2O2 de cette solution.

Ar : - H : 1,01 - N : 14,0 - O : 16,0 - Fe : 55,8 - Mn : 54,9 - S : 32,1

REPONSES

Problème 1 (25 pts)

a) C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH 4 points

b) msucre : 240 g/L × 75,0 L = 18000 g 3 points

M C6H12O6 = 180,12 g/mol 1 point

n éthanol : (18000/180,12) × 2 = 200 mol 3 points

c) V CO2 = 199,87 ×22,4 = 4477 L = 4,48 m3 3 points

d) M C2H5OH = 46,06 g/mol 1 points

m éthanol = 46,06 × 199,87 = 9205,9 g 3 points

V éthanol = 9205,9 / 0,740 = 12440 mL 3 points

Degré alcoolique = 12440 mL / 75,0 L = 165,87 mL par L 2 points

Degré alcoolique = 16,6 ° 2 points


a) n C = 1,91 / 44,01 = 0,043399 mol 4 points

m C = 0,043399 x 12,0 = 0,52079 g de C

n H = (1,17 / 18,02) x 2 = 0,12986 mol 6 points

m H = 0,129856 x 1,01 = 0,13115 g

m O = 1,00 - 0,52079 - 0,131154 = 0,34805 g

n O = 0,34805 / 16,0 = 0,021753 mol 4 points

n C = 0,043399 / 0,043399 = 1,00

n H = 0,129856 / 0,043399 = 2,99

n O = 0,021726 / 0,043399 = 0,501

Formule moléculaire empirique : (C2H6O)x

Formule moléculaire : C2H6O 5 points

b) Structures de Lewis de :

éthanol 3 points

diméthyléther 3 points


VARIANTE pour a)

Soit CxHyOz la formule moléculaire du composé.

Équation de combustion CxHyOz (g) + wO2(g) → xCO2(g) + y/2 H2O 5 points

La combustion de 1,00 g de CxHyOz fournit 1,91 g de CO2 et 1,17 g d’H2O

La combustion de 46 g (1 mol) de CxHyOz fournit

87,86 g de CO2, soit 2 mol 3 points

53,82 g d’H2O, soit 3 mol. 3 points

x = 2 2 points

y = 6 2 points

Puisque M = 46 g mol-1

, z = 1

Formule moléculaire = C2H6O 4 points


n AgCl = 1,29 / 143,5 = 8,9895.10-3

mol 5 points

n Cl- = 8,9895.10

-3 mol 5 points

n EuCl2 = 8,9895.10-3

/ 2 = 4,4947.10-3

mol 5 points

M EuCl2 = 1,00 / 4,4947.10-3 = 222,4 g/mol 5 points

M Eu = 222,4 - 71 = 151 g/mol 5 points


a) M Fe(NH4)2(SO4) 2 = 284,08 g/mol 2 points

c Fe(NH4)2(SO4) 2 = (4,23 / 284,08) / 0,5 = 0,02978 mol/L 2 points

n Fe2+

dosage = 0,02978 × 21,1.10-3

= 6,28465×10-4

mol 2 points

n MnO4 dosage 20,0 mL = 6,28465.10-4

/ 5= 1,25673×10-4

mol 2 points

n MnO4- total excès = 1,25673.10

-4 × (102/20) = 6,40933×10

-4 mol 3 points

n MnO4- total départ = 0,01 × 0,0100 = 0,00100 mol = 1,000 × 10

-3 mol 2 points

n MnO4- réaction H2O2 = 1,000 × 10

-3 - 6,40933×10

-4 = 3,59067×10

-4 mol 2 points

n H2O2 réaction = 3,59067×10-4

× 5/2 = 8,97669×10-4

mol 2 points

c H2O2 = 8,97669×10-4

/ 2,00×10-3

= 0,449 mol/L 2 points

b) M H2O2 = 34,02 g/mol 2 points

cm H2O2 = 0,4488 × 34,02 = 15,269 g/L 2 points

% m/m H2O2 = (15,269 / 1010) × 100 = 15,1 % 2 points

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