PREMIERE PERIODE : SESSION DE FEVRIER 2000

DEUG STPI - U.E.2 - SUJET DE CHIMIE

DONNEES :

Volume Molaire du gaz parfait : 22,4 L.mol^-1 sous P = 1 atm et à 0°C

Masses Molaires Atomiques :

H = 1 g.mol^-1 - N = 14 g.mol^-1 - O = 16 g.mol^-1 - Zn = 65,4 g.mol^-1

Ag = 108 g.mol^-1 - Au = 197 g.mol^-1 - Cl = 35,5 g.mol^-1

Numéro atomiques : Zn = 30 - Ag = 47 - Au = 79

Potentiels de référence d'oxydoréduction :

H⁺/H₂ = 0 v - Zn²⁺/Zn = -0,76 v - Ag⁺/Ag = 0,8 v - Au⁺/Au = 1,68 v - HNO₃/NO = 1 v

Remarques :

* Les acides chlorhydrique et nitrique sont en réalité deux acides forts totalement dissociés dans l’eau. HCl = H₃O⁺ + Cl^- et HNO₃ = H₃O⁺ + NO₃^-.

On pourra tout de même utiliser les écritures simplifiées HCl et HNO₃.

** On supposera dans tout le problème être assez proche des conditions standards pour que les réactions d’oxydoréduction se produisant réellement soient les réactions spontanées dans les conditions standard.

1. GENERALITES

1. Déterminer par utilisation de la règle de Klechkowski les configurations électroniques des éléments Zinc (Zn), Argent (Ag) et Or(Au).

2) Donner le schéma de Lewis (avec cases quantiques) de ces trois éléments.

3) Deux de ces éléments sont en fait des exceptions à la règle de Klechkowski.

Quels sont ces éléments ? Donner leur configuration électronique réelle.

4) Prévoir dans le cas du Zinc la nature de son ion le plus stable et donner la configuration électronique de cet ion.

5) Les ions de Ag et Au sont respectivement Ag⁺ et Au⁺.

Montrer qu'il est assez simple de justifier leur formation à partir des configurations électroniques de Ag et Au.

 B) Application : Détermination de la composition d’un alliage

 On traite 30 g d’un alliage [ Zinc - Argent – Or ] par un excès d’acide chlorhydrique (HCl) concentré.

1) Montrer que dans ces conditions, seul le Zinc est attaqué par l'acide chlorhydrique alors que l'Argent et l'Or ne réagissent pas.

2) Ecrire et équilibrer la réaction qui se produit entre Zn et HCl.

Montrer qu'on peut la considérer comme totale en calculant sa constante d'équilibre.

3) L’acide chlorhydrique commercial est pur à 35 % en masse et sa masse volumique est de 1,043 g/cm³.

a) Calculer sa molarité

b) Quel volume minimal doit-on ici en utiliser pour être sur qu’il soit bien en excès ?

On récupère le dihydrogène (H₂) formé au cours de la réaction.

On en obtient 1158 cm³ à la température de 30°C et sous la pression P = 1 atm.

4) Déterminer la pourcentage massique en Zinc de l’alliage.

Le résidus solide de l'expérience précédante (qui contient toujours l'Or et l'Argent de l'alliage) est traité par un excès d'acide nitrique (HNO₃).

5) Montrer que dans ces conditions l'Argent est attaqué par HNO₃ alors que l'Or ne réagit toujours pas.

6) Ecrire et équilibrer la réaction qui se produit entre Ag et HNO₃. Montrer qu'on peut la considérer comme totale en calculant sa constante d'équilibre.

On récupère le monoxyde d'azote (NO) formé au cours de la réaction.

On en obtient 234 cm³ à la température de 30°C et sous la pression P = 1 atm.

7) Déterminer le pourcentage massique en Argent de l'alliage.

8) Déduire des résultats précédants le pourcentage massique en Or de l'alliage.