Olympiade Internationale de Chimie · Année 2005

Problèmes

Problème 4La capitale de l'or d'Asie. Chiufen, au nord-est de Taïwan, abrita l'une des plus grandes mines d'or d'Asie. PARTIE A. Le KCN extrait l'or des minerais : $\ce{4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) -> 4[Au(CN)2]-(aq) + 4OH-(aq)}$ . (4.A-1) Donner la géométrie de $\ce{[Au(CN)2]-}$ . (4.A-2) Combien de grammes de KCN sont nécessaires pour extraire 20 g d'or ? ( $M(\ce{Au}) = 197$ , $M(\ce{KCN}) = 65.12$ g mol $^{-1}$ .) L'eau régale (mélange 3:1 vol. HCl: $\ce{HNO3}$ concentrés) dissout l'or : $\ce{Au(s) + 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 4Cl-(aq) -> [AuCl4]-(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l)}$ . (4.A-3) Écrire les demi-réactions et l'équation équilibrée. (4.A-4) Identifier oxydant et réducteur. (4.A-5) À partir de $\ce{Au^{3+} + 3e- -> Au(s)}$ ( $E^\circ = +1.50$ V) et $\ce{[AuCl4]- + 3e- -> Au(s) + 4Cl-}$ ( $E^\circ = +1.00$ V), calculer la constante de formation $K_f = \frac{[\ce{[AuCl4]-}]}{[\ce{Au^{3+}}][\ce{Cl-}]^4}$ à $25\ ^\circ\mathrm{C}$ ( $RT\ln10/F = 0.059$ V). PARTIE B. Nanoparticules d'or (AuNP). Dans la synthèse de Brust-Schiffrin, $\ce{HAuCl4}$ aqueux est transféré dans le toluène par le bromure de tétraoctylammonium, additionné de dodécanethiol puis réduit par $\ce{NaBH4}$ en excès pour donner des AuNP de taille contrôlée. (4.B-1) Est-ce une approche ascendante (bottom-up) ou descendante (top-down) ? (4.B-3) Quel est le rôle de $\ce{NaBH4}$ ? (4.B-4) Pour un diamètre moyen de 3.0 nm et un rayon atomique de 0.144 nm, estimer le nombre d'atomes d'or par particule. (4.B-5) Estimer le pourcentage d'atomes d'or en surface.Solutions: 1