TP Chimie

c Éditions H&K Publié dans les Annales des Concours 1/25

CCP Chimie 1 PC 2011 — Corrigé

Ce corrigé est proposé par Anna Venancio-Marques (ENS Lyon); il a été relu par

Alexandre Hérault (Professeur en CPGE) et Mickaël Profeta (Professeur en CPGE).

Le fil conducteur de ce sujet est l’étude des liquides ioniques, prétexte pour aborder

de nombreux aspects du programme et notamment des parties faisant appel à la fois

à la chimie inorganique (potentiométrie, cristallographie) et des notions de chimie

organique (composés aromatiques, théorie de Hückel). Ce sujet comporte six parties

indépendantes.

• La première partie est centrée sur l’étude de composés ioniques minéraux,

à travers une exploitation très proche du cours sur les diagrammes binaires

solide/liquide. Elle est suivie d’une courte sous-partie consacrée à la cristallographie, qui aborde les notions classiques sur les liaisons (caractère ionique ou

covalent) et les structures (tétraédrique, octaédrique).

• La deuxième partie s’intéresse spécifiquement aux cations et aux anions des

liquides ioniques. C’est l’occasion d’employer non seulement une approche de

chimie inorganique (atomistique, géométrie des ions) mais aussi des considérations typiques de la chimie organique (notion d’aromaticité, théorie de Hückel

appliquée à un système comportant des hétéroatomes, réactions de réduction).

• La troisième partie permet de se familiariser avec une méthode d’obtention

des liquides ioniques grâce à des résines. La polymérisation n’est abordée que

très sommairement, la chimie de l’élément azote occupant une grande place

(réduction, quaternisation, nitration). Un suivi potentiométrique d’une étape

de la synthèse est également proposé.

• La quatrième partie est consacrée à la chimie organique, avec une courte excursion vers les déplacements d’équilibre par ajout d’un constituant. Elle comporte

une étude de spectre RMN 1H et étudie la réactivité des composés aromatiques.

• La cinquième partie débute par une réflexion sur le caractère réducteur de

Li et Na, par le calcul d’énergies d’ionisation et la comparaison de potentiels

standard redox. Elle continue sur la voie plus traditionnelle de la complémentarité des études thermodynamiques et cinétiques (prétexte pour l’étude

sommaire d’une courbe intensité-potentiel). Des réactions d’oxydoréduction en

l’absence d’eau sont ensuite étudiées.

• La sixième et dernière partie est entièrement dédiée à la chimie organique. Des

réactions bien connues d’aldolisation, d’estérification, de formation de liaison

amide et enfin de réaction de Diels-Alder sont l’occasion de considérations classiques de stéréochimie et de rappels de mécanismes. Les questions restent très

abordables.

Le sujet couvre un grand nombre d’aspects du cours de PC, de façon souvent très

rapide, et fait appel à des notions vues en PCSI (atomistique).

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Indications

Partie A

A.I.2 Déterminer les événements (apparition de cristaux ou disparition de la

phase liquide) modifiant la variance du système. La courbe d’analyse thermique d’un eutectique a la même allure que celle d’un corps pur.

A.II.1 NaCl cristallise dans un réseau cubique à faces centrées. Les anions Cl−

occupent les nœuds du réseau et les cations Na+ le milieu des arêtes et

le centre de la maille. Identifier les directions (diagonale d’une face, du

cube, ou une arête) selon lesquelles les ions sont tangents.

A.II.3.2 Utiliser le tableau complété à la question précédente.

Partie B

B.I.2 Vérifier si l’objet est superposable à son image dans un miroir plan. L’interconversion constatée avec les amines n’a pas lieu dans les sels d’ammonium, qui ne possèdent pas de doublets non liants.

B.I.3 Prendre garde à ne pas faire un azote avec cinq liaisons! S’inspirer du

paragraphe introductif de la partie F.

B.I.5.5 Lorsque l’on compare des énergies calculées aux questions précédentes,

se souvenir que les intégrales α et β sont négatives.

B.II.1 Calculer le nombre d’électrons mis en jeu par élément ainsi que le nombre

de doublets à répartir en prenant en compte la charge de l’édifice. Identifier les doublets liants et les éventuels doublets non-liants et en déduire

la géométrie.

Partie C

C.I L’énoncé fournit une partie de la réponse quelques questions plus tard,

à la question C.I.2.4.

C.I.1 Le styrène ne permet pas l’obtention de ramifications : c’est la molécule O

cherchée qui les rend possibles.

C.I.2.2 En milieu acide, l’amine est sous forme protonée RNH3

+.

C.I.2.4 Utiliser la réponse à la question C.I.

C.I.2.5.b Identifier l’espèce présente avant élution et absente

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