Questions issues de l'examen d'entrée en médecine et sciences dentaires

[Asperguy]

Bonjour!

Je prépare la session du 4 septembre de l'examen d'entrée en médecine organisé par l'ARES depuis 2017 en Belgique. Je refais des exercices issus de l'examen de juillet et j'avoue que 3 questions en particulier me laissent perplexe... Voici les énoncés :

Énoncé 1 : Il existe deux isotopes stables de l'antimoine. L'un d'entre eux est le 121.51 Sb dont l'abondance naturelle vaut approximativement 60%. Quel est l'autre isotope ?

A. 119.51 Sb / B. 120.51 Sb / C. 122.51 Sb / D. 123.51 Sb

Je n'ai pas le souvenir d'avoir appris comment identifier les isotopes viables d'un atome en cours, donc j'avoue être complètement perdu face à cette question...

Énoncé 2 : Parmi les propositions ci-dessous, laquelle ne correspond pas à une réaction d'oxydo-réduction ?

A. Le dioxyde de carbone dissout dans l'eau forme de l'acide carbonique
B. Le potassium est un métal qui réagit vivement avec l'eau
C. La combustion incomplète du méthane fournit du monoxyde de carbone et de l'eau
D. Le peroxyde d'hydrogène se décompose spontanément en oxygène et en eau à température ambiante

J'ai pensé à tenter de calculer les nombres d'oxydation des différentes réactions présentées pour tenter d'identifier l'intrus, mais impossible (je pense?) d'identifier précisément les équations desdites réaction, donc je ne sais pas vraiment comment procéder...

Énoncé 3 : Afin de vérifier le titre d'une solution de permanganate de potassium, un titrage à l'aide d'une solution titrante d'acide oxalique est réalisé dans les conditions suivantes :
* 10,0 mL de la solution de permanganate de potassium sont versés dans un erlenmeyer
* 20 mL d'acide sulfurique 2 mol.L^-1 sont ajoutés à la solution à titrer
* la burette est remplie d'une solution d'acide oxalique 0,0200 mol.L^-1
Le point d'équivalence est atteint lorsque 15 mL de la solution titrante sont ajoutés. Calculez la concentration de la solution de permanganate de potassium en sachant que l'équation ionique de la réaction est la suivante :

2 MnO4- + 5 (COOH)2 + 6 H+ => 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

A. 7,50*10^-2 mol/L
B. 4,00*10^-3 mol/L
C. 2,50*10^-2 mol/L
D. 1,20*10^-2 mol/L

Voici mon raisonnement jusqu'ici :

KMnO4 :
10ml = 0,01 L (volume)
Concentration : ??

H2SO4 :
20ml = 0,02 L (volume)
2 mol/L (concentration)

0,5*nb = na(car acide bifonctionnel)
na = 0,02*2 = 0,04
nb = 0,04/2 = 0,02
Cb = nb / Vb = 0,02/0,02 = 1 mol/L

A partir d'ici, je ne sais plus comment procéder...

Je précise tout de même que je n'ai pas le droit de disposer d'une calculatrice. Désolé pour le caractère un petit peu disparate de ma question et merci d'avance à ceux qui prendront la peine de répondre!
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[Kemiste]

Énoncé 1 : Il existe deux isotopes stables de l'antimoine. L'un d'entre eux est le 121.51 Sb dont l'abondance naturelle vaut approximativement 60%. Quel est l'autre isotope ?

A. 119.51 Sb / B. 120.51 Sb / C. 122.51 Sb / D. 123.51 Sb

Je n'ai pas le souvenir d'avoir appris comment identifier les isotopes viables d'un atome en cours, donc j'avoue être complètement perdu face à cette question...

Si tu regardes la masse molaire de l'antimoine dans un tableau périodique tu trouves 121,8. Cette masse a été calculée selon la formule %isotope1*M isotope1 + %isotope 2 *M isotope2. La seule inconnue ici est M isotope2.

Énoncé 2 : Parmi les propositions ci-dessous, laquelle ne correspond pas à une réaction d'oxydo-réduction ?

A. Le dioxyde de carbone dissout dans l'eau forme de l'acide carbonique
B. Le potassium est un métal qui réagit vivement avec l'eau
C. La combustion incomplète du méthane fournit du monoxyde de carbone et de l'eau
D. Le peroxyde d'hydrogène se décompose spontanément en oxygène et en eau à température ambiante

J'ai pensé à tenter de calculer les nombres d'oxydation des différentes réactions présentées pour tenter d'identifier l'intrus, mais impossible (je pense?) d'identifier précisément les équations desdites réaction, donc je ne sais pas vraiment comment procéder...

On ne calcule pas le nombre d'oxydation d'une réaction mais d'un élément chimique. Ici on peut retrouver chacune des équations, ce sont des réactions assez classiques. Il faut connaitre les oxydants/réducteurs courants et certaines réactions redox telles que la combustion ou la réaction des métaux alcalins dans l'eau. On peut supprimer deux propositions ainsi. Tu peux regarder les nombres d'oxydation pour les deux autres.

Énoncé 3 : Afin de vérifier le titre d'une solution de permanganate de potassium, un titrage à l'aide d'une solution titrante d'acide oxalique est réalisé dans les conditions suivantes :
* 10,0 mL de la solution de permanganate de potassium sont versés dans un erlenmeyer
* 20 mL d'acide sulfurique 2 mol.L^-1 sont ajoutés à la solution à titrer
* la burette est remplie d'une solution d'acide oxalique 0,0200 mol.L^-1
Le point d'équivalence est atteint lorsque 15 mL de la solution titrante sont ajoutés. Calculez la concentration de la solution de permanganate de potassium en sachant que l'équation ionique de la réaction est la suivante :

2 MnO4- + 5 (COOH)2 + 6 H+ => 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O

A. 7,50*10^-2 mol/L
B. 4,00*10^-3 mol/L
C. 2,50*10^-2 mol/L
D. 1,20*10^-2 mol/L

Voici mon raisonnement jusqu'ici :

KMnO4 :
10ml = 0,01 L (volume)
Concentration : ??

H2SO4 :
20ml = 0,02 L (volume)
2 mol/L (concentration)

0,5*nb = na(car acide bifonctionnel)
na = 0,02*2 = 0,04
nb = 0,04/2 = 0,02
Cb = nb / Vb = 0,02/0,02 = 1 mol/L

A partir d'ici, je ne sais plus comment procéder...

Je ne sais pas ce que tu appelles na, nb... Tu n'as pas non plus pris en compte les nombres stœchiométriques. Ici ta solution titrante est l'acide oxalique et non l'acide sulfurique. Ce dernier est seulement utilisé pour que la réaction de dosage puisse se faire car elle ne se fait qu'en milieu acide. Tu dois calculer la quantité de matière d'acide oxalique et faire un tableau d'avancement si ça peut t'aider. Tu en déduis donc la quantité de matière de KMnO₄ et comme tu as le volume, la concentration associée.

[XK150]

Bonjour ,

Enoncé 1 : on ne peut pas répondre avec certitude en examen , sans document , à cette question .

[Kemiste]

En effet, mais je suis parti du principe qu'il avait, au moins, un tableau périodique à disposition. Sinon c'est impossible...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Asperguy]

Je dispose en effet d'un tableau périodique.

Je comprends pour les isotopes, merci beaucoup!

Pour ce qui est des réactions redox, je ne suis pas sûr de savoir comment étudier les nombre d'oxydation de la proposition A ? Pour la D, cela me paraît plutôt évident et je sais qu'en situation d'examen, je devrais procéder par élimination et choisir l'item A, mais j'aimerais tout de même comprendre comment procéder. Si je ne me trompe pas, l'équation moléculaire est la suivante:
CO2 + H2O => H2CO3
Donc je dois chercher à déterminer la valeur du nombre d'oxydation de C dans CO2 (IV), puis dans H2CO3 (IV également) et en déduire qu'il n'y a pas d'échange d'électrons, donc pas de réaction d'oxydoréduction, c'est bien ça ?

Enfin, pour l'énoncé 3, na = nombre de moles d'acide, nb = nombre de moles de base. Comment suis-je supposé tenir compte des nombres stœchiométriques ?

[Kemiste]

Pour ce qui est des réactions redox, je ne suis pas sûr de savoir comment étudier les nombre d'oxydation de la proposition A ? Pour la D, cela me paraît plutôt évident et je sais qu'en situation d'examen, je devrais procéder par élimination et choisir l'item A, mais j'aimerais tout de même comprendre comment procéder. Si je ne me trompe pas, l'équation moléculaire est la suivante:
CO2 + H2O => H2CO3
Donc je dois chercher à déterminer la valeur du nombre d'oxydation de C dans CO2 (IV), puis dans H2CO3 (IV également) et en déduire qu'il n'y a pas d'échange d'électrons, donc pas de réaction d'oxydoréduction, c'est bien ça ?

Il faut également déterminer le nombre d'oxydation pour O et H (dans toutes les molécules). Tu ne devrais pas trouver de changement. Pour la dernière proposition, la décomposition de l'eau oxygénée est ce qu'on appelle une dismutation. C'est une réaction redox ou l'eau oxygénée joue à la fois le rôle de réducteur et d'oxydant. Cela fait parti des réaction classique qu'il faut connaître.

Enfin, pour l'énoncé 3, na = nombre de moles d'acide, nb = nombre de moles de base. Comment suis-je supposé tenir compte des nombres stœchiométriques ?

Si on prend une réaction de dosage fictive entre deux réactifs A et B qui donnent deux produits C et D selon l'équation aA + bB -> cC + dD (a, b, c et d les nombres stœchiométriques), alors à l'équivalence on a :
n(A)_initiale/a = n(B)_initiale/b = n(C)_obtenu/c = n(D)_obtenu/d

Essaye d'appliquer cela avec l'équation de dosage. On retrouve le même résultat avec un tableau d'avancement (cf https://forums.futura-sciences.com/c...ml#post6321476).

[Asperguy]

Le nombre d'oxydation de O et de H n'est-il pas fixe (respectivement -II et I) ? Au-delà de la combustion, de la réaction des métaux alcalins dans l'eau et de la dismutation, y a-t-il d'autres réactions redox importantes à maîtriser ?

Je ne suis pas sûr de comprendre comment utiliser l'équation ionique pour résoudre le problème...
(2 MnO4- + 5 (COOH)2 + 6 H+ => 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O)
Où sont passés le potassium et l'acide sulfurique ? Dois-je faire abstraction de la présence dudit acide sachant que la solution titrante en est un autre...?

Merci de vos réponses!

[Kemiste]

Le nombre d'oxydation de O et de H n'est-il pas fixe (respectivement -II et I) ?

Ils peuvent prendre d'autres valeurs. Pour rappel, la somme des nombres d'oxydation doit être égale à la charge de la molécule. Pour H₂O₂ la somme vaudrait 2*(+I)+2*(-II) = 2, ce qui n'est pas compatible avec la charge globale de 0. Dans ce cas, le nombre d'oxydation de l'oxygène vaut -I. De même, quand on a des hydrures (LiH, NaH...) le nombre d'oxydation de l'hydrogène vaut -I.

Au-delà de la combustion, de la réaction des métaux alcalins dans l'eau et de la dismutation, y a-t-il d'autres réactions redox importantes à maîtriser ?

Il faut connaître les principaux couples redox (métaux, KMnO₄, H₂O₂, halogènes...).

Je ne suis pas sûr de comprendre comment utiliser l'équation ionique pour résoudre le problème...
(2 MnO4- + 5 (COOH)2 + 6 H+ => 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O)
Où sont passés le potassium et l'acide sulfurique ?

En solution aqueuse, l'acide sulfurique et le permanganate de potassium se dissocient pour former des ions. Certains ions ne participent pas à la réaction, ce sont des ions spectateurs. Il n'est donc pas nécessaire de les faire apparaître. Avec tout les ions l'équation devient :

2 (K⁺ + MnO⁴-) + 5 (COOH)₂ + 3 (2 H+ SO₄^2-) => 2 Mn²⁺ + 10 CO2 + 8 H2O + 2 K⁺ + 3 SO₄^2-

Tu vois que de chaque côté de l'équation on a des ions qui sont dans les mêmes quantités. Cette écriture décrit réellement ce qui se passe mais est plus lourde à manipuler. Par simplicité on ne fait apparaître que les espèces qui réagissent.

Dois-je faire abstraction de la présence dudit acide sachant que la solution titrante en est un autre...?

L'acide sulfurique (représenté par H⁺) est en large excès et permet de maintenir le milieu acide pour que la réaction de dosage se fasse. Ici tout ce que tu as à faire c'est de calculer la quantité de matière d'acide oxalique et d'utiliser les nombre stœchiométriques comme expliqué précédemment pour en déduire la quantité de permanganate. Essaye de faire les calculs.

[Asperguy]

Mais dans ce cas, comment étudier la variation du nombre d'oxydation ? Pour calculer le nombre d'oxydation de C dans l'équation suivante (CO2 + H2O => H2CO3), je procédais de la sorte :
Pour CO2 : x+(-2)*2 = 0, donc x = 4
Pour H2CO3 : x+1*2+(-2)*3 = 0 donc x = 4
Mais si je pars du principe que je ne connais ni la valeur du nombre d'oxydation de H, ni celui de O, je ne peux plus étudier la variation dudit nombre, je me trompe ?

Donc si je comprends bien, n(acide oxalique) = 0,02*0,015 = 0,0003 mol
0,0003/5 = n(permanganate de potassium)/2
n(permanganate de potassium) = 1,2*10^-4 mol/L
Je me suis trompé quelque part parce que la réponse du correctif est 1,2*10^-2 mol/L, mais je ne vois pas où... De plus, pourquoi préciser que "20 mL d’acide sulfurique 2 mol.L^-1 sont ajoutés à la solution à titrer" si on ne s'en sert pas dans le calcul ?

[Kemiste]

Mais dans ce cas, comment étudier la variation du nombre d'oxydation ? Pour calculer le nombre d'oxydation de C dans l'équation suivante (CO2 + H2O => H2CO3), je procédais de la sorte :
Pour CO2 : x+(-2)*2 = 0, donc x = 4
Pour H2CO3 : x+1*2+(-2)*3 = 0 donc x = 4
Mais si je pars du principe que je ne connais ni la valeur du nombre d'oxydation de H, ni celui de O, je ne peux plus étudier la variation dudit nombre, je me trompe ?

La détermination du nombre d'oxydation se fait à partir de la formule développée de la molécule et du nombre d'oxydation de chaque atome. L'atome le plus électronégatif reçoit les électrons de la liaison et on calcul alors la charge fictive de cet atome, c'est le nombre d'oxydation. Tu peux retenir qu'en général n.o.(O) = -II sauf dans les peroxydes où n.o.(O) = -I. De même n.o.(H) = +I sauf dans le cas des hydrures où n.o.(H) = -I

Donc si je comprends bien, n(acide oxalique) = 0,02*0,015 = 0,0003 mol
0,0003/5 = n(permanganate de potassium)/2
n(permanganate de potassium) = 1,2*10^-4 mol/L
Je me suis trompé quelque part parce que la réponse du correctif est 1,2*10^-2 mol/L, mais je ne vois pas où... De plus, pourquoi préciser que "20 mL d’acide sulfurique 2 mol.L^-1 sont ajoutés à la solution à titrer" si on ne s'en sert pas dans le calcul ?

C'est presque ça. Tu as calculé une quantité de matière et non une concentration : n(permanganate de potassium) = 1,2*10^-4 mol. Il ne te reste plus qu'à diviser par le volume (10 mL) pour retomber sur la concentration de 1,2.10^-2 mol/L.

[FC05]

Enfin, pour l'énoncé 3, na = nombre de moles d'acide, nb = nombre de moles de base. Comment suis-je supposé tenir compte des nombres stœchiométriques ?

Ce dosage est un dosage rédox, pas ac-base.
L'acide oxalique agit en tant que réducteur.

Ca expliquerai peut-être certaines confusions ?

[Asperguy]

Je comprends, merci!

Oh d'accord, je comprends mon erreur, merci! Seulement, l'acide sulfurique n'est pas impliqué dans mon calcul, est-ce normal ? Si oui, pourquoi indiquer sa présence, sa concentration molaire et son volume dans l'énoncé ?

FC05 : est-ce que ça change fondamentalement quoi que ce soit ?

[Kemiste]

Seulement, l'acide sulfurique n'est pas impliqué dans mon calcul, est-ce normal ? Si oui, pourquoi indiquer sa présence, sa concentration molaire et son volume dans l'énoncé ?

Comme dit précédemment, sans acide sulfurique cette réaction ne peut pas se faire. Sa concentration et son volume permettent de voir qu'il est en excès et donc que la réaction de dosage peut aller jusqu'au bout.

[FC05]

FC05 : est-ce que ça change fondamentalement quoi que ce soit ?

Oui car ce n'est pas le même type de réaction et non car comme elle est équilibrée on peut appliquer la "recette" de l'aquivalence donnée par Kemiste le 1/09 à 15h58.

Mais ça éviterai ce genre de confusion qui font qu'à la fin on n'arrive pas à résoudre le problème :

Dois-je faire abstraction de la présence dudit acide sachant que la solution titrante en est un autre...?

[Asperguy]

Je comprends, merci pour vous réponses!