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Olympiade Internationale de Chimie · Année 2010

Problèmes

  1. Problème 1En 1894, Lord Rayleigh a constaté que l'azote préparé chimiquement (masse moyenne dans un récipient fixe : 2.2990 g) était plus léger que l'« azote atmosphérique » débarrassé de OX2\ce{O2} (2.3102 g), à 15.0 \°C et 1.013×1051.013 \times 10^{5} Pa ; la différence fut attribuée à l'argon. (a) Calculer le volume du récipient et la fraction molaire d'Ar dans l'azote atmosphérique. (b) Ramsay a isolé l'hélium de la clévéite ; il émet la raie D3_3 à 587.7 nm. Calculer l'énergie du photon, identifier la transition correspondante dans le diagramme d'orbitales de He (réponse : la transition permise de plus haute énergie, 3d \→ 2p) et le processus nucléaire produisant He dans les minerais d'uranium (désintégration α\alpha) et Ar dans les roches (capture électronique/émission positron de X40X2240K\ce{^{40}K}). (c) Un gaz inconnu à 15.0 \°C et pression atmosphérique a une densité 0.850±0.005 kg m−30.850 \pm 0.005\ \text{kg m}^{-3} ; le son y a λ=0.116\lambda = 0.116 m à f=3520f = 3520 Hz, avec vs=fλ=γRT/Mv_s = f\lambda = \sqrt{\gamma RT/M}. Trouver MM et γ\gamma et identifier le gaz parmi HCl, HF, Ne, Ar.Solutions: 1
  2. Problème 2(a) Dans le cristal de NaCl, NaX+\ce{Na+} et ClX−\ce{Cl-} forment chacun un réseau cubique à faces centrées ; les rayons ioniques sont r(NaX+)=0.102r(\ce{Na+}) = 0.102 nm et r(ClX−)=0.181r(\ce{Cl-}) = 0.181 nm. Donner les nombres d'ions NaX+\ce{Na+} et ClX−\ce{Cl-} par maille, leurs indices de coordination, et calculer la densité du cristal. (b) À partir des données de Born\–Haber \— ΔfH(NaCl(s))=−411\Delta_fH(\ce{NaCl(s)}) = -411, ΔsubH(Na)=+109\Delta_{sub}H(\ce{Na}) = +109, IE(Na)=+496IE(\ce{Na}) = +496, D(ClX2)=+242D(\ce{Cl2}) = +242, EA(Cl)=−349EA(\ce{Cl}) = -349 kJ mol−1^{-1} \— écrire l'étape de formation et la dissociation directe NaCl(s)→NaX+(g)+ClX−(g)\ce{NaCl(s) -> Na+(g) + Cl-(g)}, puis calculer l'enthalpie de formation du réseau. (c) Le procédé Solvay réalise 2 NaCl+CaCOX3→NaX2COX3+CaClX2\ce{2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 + CaCl2} via le cycle : CaCOX3→ΔA+B\ce{CaCO3 ->[\Delta] A + B} ; NaCl+NHX3+B+HX2O→C+D\ce{NaCl + NH3 + B + H2O -> C + D} ; 2 C→ΔNaX2COX3+HX2O+B\ce{2C ->[\Delta] Na2CO3 + H2O + B} ; A+HX2O→E\ce{A + H2O -> E} ; E+2 D→CaClX2+2 HX2O+2 NHX3\ce{E + 2D -> CaCl2 + 2H2O + 2NH3}. Identifier les composés A\–E.Solutions: 1