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Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 eM.A FEKIR : Ecole Royale de lAir - CPGE Marrakech [email protected]
Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 e
Mailles des r seaux cristallin Fe et Fe : e
CONCOURS COMMUN 2011 preuve de chimie E Option : MP
Partie Structures electroniques et cristallines
Structure electronique Conguration electronique :
F IG . 1 Fer Structure cubique centr e e Multiplicit : e Coordinence :
F IG . 2 Fer Structure cubique a faces centr es ` e Multiplicit : e Coordinence :
par maille.
par maille.
R` gles de remplissage utilis es : e e
Rayon atomique : Dans le fer , on a tangence sur la petite diagonale :
R` gle de PAULI e Dans un atome, deux electrons ne peuvent se trouver que dans un etat quatique de spin oppos s. e R` gle de H UND e Les electrons se r partissenet sur le maximum dorbitales atomiques, avant de saturer totale e ment chaque orbitale de m me niveaux energ tiques. e e R` gle de K LECHKOVSKI e Le remplissage des orbitales atomiques se fait dans lordre de croissant. Pour les m mes e e valeur de , les orbitales atomiques sont class es suivant les croissant.
Application num rique : e
Dans le fer , on a tangence sur la grande diagonale :
Application num rique : e
Conguration electronique :
Commentaire : Le rayon atomique d pend de la structure du r seaux cristallin. A un centi` me pr` s e e e e
.
Compacit ou taux de remplissage a e `
:
Pour le fer : Pour le fer :
Soit :
Structures cristallines Soit l quibre : e
dafnit chimique e
Application num rique : e
A la temp rature e
: , dou : ` , donc :
Application num rique : e
Le fer est plus compact que le fer
Le fer etant stable pour
Masses volumiques des deux structures du Fer :
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Corrig de l preuve de chimie e e
Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 e Pour le fer : Pour le fer :
Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 e
Application num rique : e
(instabilit - en premier lieu - de lun des ions complexes), le e diagramme ne sera pas, donc, similaire a celui repr sent en . ` e e e e Le premier diagramme de pr dominence pr liminaire :
Application num rique : e
Commentaires : e e Le fer est l g` rement moins dense que le fer ! ! !
et ). :
Partie Les complexes du fer en solution aqueuse
Complexes successifs du fer(II)
Le complexe est instable (se dismute en ions La r action de dismutation de lion complexe e :
Soit :
La nouvelle fronti` re est, donc, d termin e par le couple e e e
fronti`ere
Complexation successive du fer avec
Le deuxi` me diagramme de pr dominence pr liminaire : e e e
).
Le complexe est instable (se dismute en ions : La r action de dismutation de lion complexe e
Diagramme de pr dominence : e
et
La nouvelle fronti` re est, donc, d termin e par le couple e e e
par
Complexation successive des ions
Soit :
fronti`ere
:
Le diagramme de pr dominence r el est : e e
Complexation successive du fer avec
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Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 eOn aura formation de lunique ion complexes
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. Burette
Inuence du ligand sur les propro t s doxydor duction du fer(II) ee e La demi- quation redox associ e au couple e e
Electrode de verre
Potentiel de N ERNST du couple
` P H- M E TRE
A GITATEUR MAGN E TIQUE
B cher e Barreau aimant e
Potentiel standard du couple
F IG . 3 Montage exprimental dun titrage pH-mtrique e e
Allure de la courbe du dosage :
Soit :
Support Volume en
:
Ou :
Application num rique : e
.
F IG . 4 Courbe de titrage acido-basique (Dosage de lacide faible par la base forte) M thode de calcul du e )
de la solution en
: Volume au point d quivalence ( e
La complexation d minue le pouvoir r ducteur des ions e e
R action du dosage : e
Inuence du fer(II) sur les propro t s acido-basiques du ligand ee
de la solution :
e Constante d quilibre : Tableau davancement :
r action quantitative. e
Dosage pH-m trie : e Montage exp rimental du dosage pH-m trique : e e 5 / 12
A A A
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Conclusion : lacide est compl tement transform en sa base conjugu e (il ne e e e ). Le est, donc, celui dune reste que se forme de trace a la quantit ` e . solution aqueuse de base faible , de concentration La constante d quilibre s crit, donc, sous la forme : e e avec Finalement :
Couple en pr sence des ions e l quation bilan de l quilibre s crit : e e e
:
La constante de cet equilibre est d termin e en utilisant le r sultat de la question 2 3 3 1 : e e e
Equation-bilan de la r action de complexation : e
Ou bien :
Commentaire : , se comporte comme un acide fort (effet nivellement de lacide En pr sence des ions e ). en solution aqueuse en pr sence dions e Le de la solution : Tableau davancement :
A A
Constante d quilibre : Lafnit chimique standard de l quilbre e e e
.
A
Application num rique : e
Partie Corrosion du fer dans lair
et
: Lapproximation dE LLINGHAM consiste a consid rer que lethalpie standard et lentropie standard ` e de la r action ind pendantes de la temp rature dans un intervalle sans changement d tat. e e e e
Tableau davancement :
A A A Soient :
:
La concentration r siduelle de e
est telle que :
soit :
: (Wuztite) e (Magn tite) e (H matite)
Oxyde de fer Nombre doxydation du fer
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F IG . 5 Diagramme dE LLINGHAM pour les couples
et
F IG . 6 Diagramme dE LLINGHAM du fer et de ses oxydes Labscisse du point dintersection des trois domaines , et du diagramme est :
e occupe deux domaines de pr dominence e Dans le domaine de temp rature tel que , disjoints (` la fois oxydant fort et rducteur fort), donc, instable (tr s ractif ), ce qui entrane sa a e e e et . dismutation en D termination de e
:
A r sultant est : e
coexiste les trois esp` ces e
, et
. L quation de l quilibre chimique e e
R action de dismutation de e
:
: Selon G IBBS (R` gle des phases) , la variance dun syst` me est d nie par : e e e
` Dans le domaine ou couple
selon l quilibre : e
se dismute, la franti` re (droite dELLINGHAM) est d termin e par le e e e
Nombre de constituants physico - chimiques Nombre de r actions chimiques lin airement ind pendantes e e e Nombre de relations suppl mentaires entre param` tres intensifs e e Pour les variables et Nombre de phases
) :
e Lenthalpie libre standard de l quilibre
( a savoir que `
Soit :
Pour l quilibre etudi : e e la pression nest pas un facteur d quilibre ( e ) e e pas de relation suppl mentaire entre param` trs intensifs ( ) ; et Interpr tation : Le syst` me est invariant. L quilibre est compl tement d termin e a (Il e e e e e e ` nest, donc, pas n cessaire de xer de param` tres intensifs). e e Inuence de variation de la temp rature a partir de : e ` Les fronti` re qui d nissent l quilibre sont : e e e
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Le diagramme dE LLINGHAM simpli du fer et ses oxydes est repr sent ci-apr` s. e e e e Domaines de pr dominence des esp` ces de l l ment fer : e e ee 9 / 12
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Concours National Commun - Fili` re MP Session 2011 eA
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Repr sentons sur dans un m me plan dE LLINGHAM les fonctions (droites) e e
et . Voir repr sentation ci-apr` s. e e
,
La couche doxyde
,
:
La couche doxyde
La couche doxyde
:
soit :
et
dou le r sultat ` e
Dapr` s le diagramme ci-dessus, on constate que toute variation de la temp rature , partire de e e de , perturbe l quilibre : e
Si on augmente ( ) a pression constante, on favorise, donc, la pr dominence de ` e (domaine ). Si on d minue ( e ) a pression constante, on favorise, donc, la pr dominence de ` e ). (domaine
Loxyde est instable de point de vue thermodynamique pour dapr` s la question pr c dente 3 5 4 , on pourra envisager lexistance de loxyde e e e
, cependant, ... ! ! ! ! .
On aura la succession suivante :
La couche doxyde
La couche doxyde
La couche doxyde
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