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Agrégation physique-chimie interne 2025, épreuve 2Sujet et rapport du jury

Agrégation interne section physique-chimie - Sujet de la seconde épreuve écrite de la session 2025

5,0(1 vote)
  • Titrage acido-basique et mélange de bases
  • Chimie organique (substitution électrophile aromatique)
  • Spectroscopies IR, UV-visible et RMN
  • Complexation et points isosbestiques
  • Chimie analytique et démarche expérimentale
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Rapport du juryLire en ligneLaTeXWord
  • Corrigé : pas encore disponible
Source officielle : devenirenseignant.gouv.fr

Présentation du sujet

Difficile
La couleur en chimie : analyse d'un pigment (céruse), synthèse d'un colorant (rouge para), complexation de l'alizarine et authentification d'œuvres d'art
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La composition de chimie de l'agrégation interne 2025 porte sur des domaines variés de la chimie, reliés par le thème unificateur de la couleur à travers les pigments et les colorants. Quatre parties indépendantes explorent la chimie des solutions par l'analyse d'un pigment, la chimie organique par la synthèse d'un colorant, la spectroscopie par l'étude d'un complexe ligand-cation métallique, et la chimie analytique par l'étude documentaire d'un cas de fraude.

  1. 1Partie I : analyser un pigment, la céruseDétermination de la formule de la céruse par dosage par titrage d'un mélange de bases.
  2. 2Partie II : synthétiser un pigment, le rouge paraSynthèse organique du rouge para, avec substitution électrophile aromatique et caractérisation par spectroscopies IR, UV-visible et RMN.
  3. 3Partie III : modifier une couleur perçue par l'environnement chimiqueÉtude de la complexation de l'alizarine avec l'ion aluminium (III) par spectroscopie UV-visible et points isosbestiques.
  4. 4Partie IV : authentifier des œuvres d'artÉtude documentaire d'un cas de fraude archéologique éclairci par l'analyse chimique.

Difficile. La moyenne des candidats présents à l'agrégation interne est de 9,35/20 avec un écart-type de 3,76, la moyenne des seuls admissibles remontant à 14,27/20.

L'épreuve en chiffres

Moyenne 9,35 / 20 · écart-type 3,76 · où vous situez-vous ?
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Moyenne
9,35/ 20
Écart-type
3,76
moyenne 9,3505101520
Deux tiers des copies environ (moyenne ± écart-type)

Votre note sur 20 à ce sujet, en conditions de concours.

Source : rapport du jury. Notes publiées par le concours (après harmonisation le cas échéant). Courbe : estimation par une loi normale.

Ce qu'a observé le jury

5 erreurs relevées
Dissolution du solide et caractère diacide non pris en compte · Analyse de la réactivité insuffisamment fine · Points isosbestiques et questions qualitatives moins réussis
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Chacune des quatre parties, indépendantes, a été traitée correctement dans au moins une copie, sans qu'aucune ne soit significativement moins abordée que les autres. Le jury observe une forte corrélation entre les notes des candidats aux compositions de physique et de chimie, certains excellant dans les deux valences et d'autres montrant plus d'aisance dans l'une des deux.

Les erreurs les plus sanctionnées

  1. 1
    Dissolution du solide et caractère diacide non pris en comptePartie I

    Une étude rigoureuse du mélange de bases nécessitait de tenir compte à la fois de la dissolution du solide étudié et du caractère diacide de l'acide sulfurique.

    « tenant en particulier compte de la dissolution du solide étudié et du caractère diacide de l’acide sulfurique »
  2. 2
    Analyse de la réactivité insuffisamment finePartie II

    Bien qu'aucune connaissance spécifique sur les substitutions électrophiles aromatiques ne soit exigée, une analyse fine de la réactivité était attendue, la synthèse étant présentée sous un angle explicatif plutôt que prédictif.

    « aucune connaissance spécifique concernant les substitutions »
  3. 3
    Points isosbestiques et questions qualitatives moins réussisPartie III

    Ces questions ont été moins bien traitées que les aspects techniques de l'utilisation des spectres UV.

    « les questions plus qualitatives ou concernant les points isosbestiques ont été moins réussies. »
  4. 4
    Documents non exploités en profondeurPartie III

    La partie pédagogique sur la notion de modèle a parfois été traitée sans prise de connaissance approfondie des documents fournis.

    « sans prendre connaissance de manière approfondie »
  5. 5
    Démarche quantitative rare dans l'étude de la fraudePartie IV

    Une analyse précise des données expérimentales, nécessaire à une démarche quantitative rigoureuse, a été plus rare que les approches qualitatives.

    « la démarche quantitative avec une analyse précise »

Ce qui a été bien réussi

  • Les copies ayant soigneusement analysé le système de la partie I ont mené une étude rigoureuse du mélange de bases jusqu'à la formule du pigment.
  • L'utilisation de faisceaux de spectres UV en partie III a été souvent bien menée techniquement.
  • Les approches qualitatives de la partie IV sur le cas de fraude ont souvent été intéressantes.

Conseils du jury

  • Analyser soigneusement le système chimique étudié avant de se lancer dans les calculs, en tenant compte de toutes les hypothèses pertinentes.
  • Développer une analyse fine de la réactivité plutôt que de se contenter de connaissances théoriques générales.
  • Prendre le temps d'exploiter en profondeur les documents fournis, en particulier pour les questions à caractère pédagogique.
  • Compléter les approches qualitatives par une analyse quantitative précise des données expérimentales.

Synthèse rédigée par WikiPrépa à partir du rapport officiel du jury (à télécharger en PDF). Les citations sont extraites du rapport.

Description

Sujet officiel Agrégation interne en physique-chimie, session 2025.

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SESSION 2025

AGREGATION
CONCOURS INTERNE
ET CAER

Section : PHYSIQUE - CHIMIE

COMPOSITION SUR LA CHIMIE ET LE TRAITEMENT AUTOMATISÉ DE L'INFORMATION

Durée : 5 heures
Calculatrice autorisée selon les modalités de la circulaire du 17 juin 2021 publiée au BOEN du 29 juillet 2021.
L'usage de tout ouvrage de référence, de tout dictionnaire et de tout autre matériel électronique est rigoureusement interdit.
Il appartient au candidat de vérifier qu'il a reçu un sujet complet et correspondant à l'épreuve à laquelle il se présente.
Si vous repérez ce qui vous semble être une erreur d'énoncé, vous devez le signaler très lisiblement sur votre copie, en proposer la correction et poursuivre l'épreuve en conséquence. De même, si cela vous conduit à formuler une ou plusieurs hypothèses, vous devez la (ou les) mentionner explicitement.
NB : Conformément au principe d'anonymat, votre copie ne doit comporter aucun signe distinctif, tel que nom, signature, origine, etc. Si le travail qui vous est demandé consiste notamment en la rédaction d'un projet ou d'une note, vous devrez impérativement vous abstenir de la signer ou de l'identifier.
Le fait de rendre une copie blanche est éliminatoire.

INFORMATION AUX CANDIDATS

Vous trouverez ci-après les codes nécessaires vous permettant de compléter les rubriques figurant en en-tête de votre copie.
Ces codes doivent être reportés sur chacune des copies que vous remettrez.
  • -Concours interne de l'Agrégation de l'enseignement public :
  • -Concours interne du CAER / Agrégation de l'enseignement privé :

Pigments et colorants

Dans ce problème, on s'intéresse à divers aspects analytiques et synthétiques liés à des colorants et des pigments. Ces espèces, ayant pour propriété commune d'influencer la couleur perçue, sont utilisées depuis la préhistoire par l'être humain dans des rôles esthétiques ou artistiques, ainsi qu'à des fins de communication.
Leurs natures chimiques sont très variées : des espèces organiques ou minérales, et presque tous les éléments de la classification périodique peuvent être impliqués dans les pigments ou les colorants.
Ce problème, composé de quatre parties indépendantes, illustre la variété des différentes missions du chimiste dans le cadre de l'étude des pigments et des colorants à savoir l'analyse (partie I) et la synthèse (partie II) de pigments, l'étude de l'influence des conditions opératoires sur la couleur perçue (partie III) et, pour conclure, un exemple de fraude archéologique dévoilée par l'analyse chimique (partie IV).
Les questions sont posées à l'aide d'un ou plusieurs verbes d'action en gras. L'évaluation tient compte du respect de chacune des consignes ainsi formulées.
Des questions pédagogiques et didactiques reliées aux concepts abordés dans les différentes parties sont insérées dans le corps du texte. Elles sont signalées par l'indication QP et représentent environ vingt pour cent du total des points attribués. Certaines questions sont repérées par une barre noire dans la marge gauche. Leur résolution demande une prise d'initiative de la part du candidat ou de la candidate. L'évaluation des réponses par le jury porte tout particulièrement sur l'analyse physique des situations étudiées, l'intelligibilité et la clarté de la rédaction et la mise en place d'une démarche raisonnée de résolution.

Contenu du sujet

Données numériques ..... 2
I. Analyser un pigment : la céruse ..... 4
II. Synthétiser un pigment : le rouge para ..... 6
III. Modifier une couleur perçue par l'environnement chimique ..... 8
IV. Authentifier des œuvres d'art ..... 13
Annexe 1 ..... 17
Annexe 2 ..... 22
Annexe 3 ..... 24
Annexe 4 ..... 25
DOCUMENT RÉPONSE A RENDRE AVEC LA COPIE ..... 26

Données numériques

  • -Constante des gaz parfaits :
    R = 8, 314 J ⋅ K^(− 1) ⋅ mol^(− 1)
  • -Constante de Faraday :
    F = 96485C ⋅ mol^(− 1)
  • -Constante de Planck :
    h = 6, 626 ⋅ 10^(− 34) J ⋅ s
  • -Charge élémentaire :
    e = 1, 602 ⋅ 10^(− 19)C
  • -Célérité de la lumière :
    c = 2, 998 ⋅ 10^8 m ⋅ s^(− 1)
  • -Affinité électronique
Définition : l'affinité électronique est l'enthalpie de réaction associée à la transformation :
X^−(g) = X(g) + e^−
Quelques valeurs à 25°C :
AE_F = 328 kJ ⋅ mol^(− 1); AE_(Br) = 325 kJ ⋅ mol^(− 1)
AE_(Cℓ) = 349 kJ ⋅ mol^(− 1); AE_I = 295 kJ ⋅ mol^(− 1)
  • -Z-score
Le Z-score permet de comparer deux valeurs. Dans le cas où les deux valeurs, x_1 et x_2, sont chacune affectées d'une incertitude, respectivement u_1 et u_2, le Z -score se calcule selon la relation :
z = (|x_1 − x_2|)/(√(u_1^2 + u_2^2))
  • -pKa à 25 °C
    pKa(HCO_3^−/CO_3^(2 −)) = 10, 3; pKa(HF/F^−) = 3, 2; pKa(HBr/Br^−) = − 9
    pKa(H_2 CO_3/HCO_3^−) = 6, 4; pKa(HCl/Cl^−) = − 7; pKa(HI/I^−) = − 10
  • -Conductivités molaires ioniques à dilution infinie à 25 °C
    λ_0(Pb^(2 +)) = 14, 2mS ⋅ m^2 ⋅ mol^(− 1); λ_0(I^−) = 7, 7mS ⋅ m^2 ⋅ mol^(− 1)
  • -
    Cercle chromatique
    D'après eduscol.education.fr
  • -Domaines du spectre électromagnétique
  • -Potentiels standard d'oxydoréduction à 25 °C
oxydant réducteur Potentiel standard (V)
F_2(g) F^−(aq) 2,87
S_2 O_8^(2 −)(aq) SO_4^(2 −)(aq) 2,01
H_2 O_2(s) H_2 O(ℓ) 1,77
PbO_2(s) PbSO_4(s) 1,69
MnO_4^−(aq) Mn^(2 +)(aq) 1,51
PbO_2(s) Pb^(2 +)(aq) 1,45
Cℓ_2(g) Cℓ^−(aq) 1,36
Cr_2 O_7^(2 −)(aq) Cr^(3 +)(aq) 1,33
MnO_2(s) Mn^(2 +)(aq) 1,23
O_2(g) H_2 O(ℓ) 1,23
Br_2(ℓ) Br^−(aq) 1,08
NO_3^−(aq) NO (g) 0,96
Hg^(2 +)(aq) Hg (l) 0,85
NO_3^−(aq) NO_2^−(aq) 0,84
Ag^+(aq) Ag (s) 0,80
Fe^(3 +)(aq) Fe^(2 +)(aq) 0,77
O_2(g) H_2 O_2(ℓ) 0,68
I_2(s) I^−(aq) 0,62
oxydant réducteur Potentiel standard (V)
Cu^(2 +)(aq) Cu (s) 0,34
SO_4^(2 −)(aq) SO_2(g) 0,17
S_4 O_6^(2 −)(aq) S_2 O_3^(2 −)(aq) 0,08
H^+(aq) H_2(g) 0,00
Pb^(2 +)(aq) Pb (s) -0,13
Sn^(2 +)(aq) Sn (s) -0,14
Ni^(2 +)(aq) Ni (s) -0,23
Co^(2 +)(aq) Co (s) -0,29
PbSO_4(s) Pb (s) -0,36
Cd^(2 +)(aq) Cd (s) -0,40
Fe^(2 +)(aq) Fe (s) -0,44
Zn^(2 +)(aq) Zn (s) -0,76
Aℓ^(3 +)(aq) Aℓ(s) -1,66
Mg^(2 +)(aq) Mg (s) -2,37
Na^+(aq) Na (s) -2,71
K^+(aq) K (s) -2,92
Cs^+(aq) Cs (s) -3,02
  • -
    Bandes de vibration de certains groupes caractéristiques en spectroscopie infrarouge
    Groupe fonctionnel Nombre d'onde σ(cm^(− 1))
    O - H 3200-3600
    C − H 2850-3100
    C ≡ N 2200-2300
    C ≡ C 2050-2300
    C = 0 1650-1820
    C = C 1500-1650
    C − 0 1100-1300

I. Analyser un pigment : la céruse

L'hydrocérusite est un carbonate de plomb dont la version synthétique, appelée céruse, a longtemps été utilisée comme pigment avant que sa toxicité ne pose problème. Sa structure générale est :
Pb_x(OH)_y(CO_3)_z
avec x, y et z des nombres entiers. On admet que le plomb est à l'état d'oxydation +II et on rappelle que le numéro atomique du plomb est 82. Les contre-ions hydroxyde et carbonate, permettent d'assurer la neutralité de ce composé solide. L'objectif de cette partie est de déterminer les valeurs des indices x, y et z.
Q1. Indiquer la différence entre un pigment et un colorant.
Q2. Donner la plage de longueurs d'onde du spectre électromagnétique qui est majoritairement affectée par un pigment ou un colorant et préciser l'origine microscopique de cet effet.
Q3. Représenter une structure de Lewis pour chacun des contre-ions hydroxyde et carbonate.
Q4. Établir la structure électronique de l'ion Pb^(2 +) en détaillant les règles ou méthodes utilisées. Préciser, sur cette base, pourquoi les états d'oxydation privilégiés du plomb sont +II et +IV.
Q5. Établir une première relation entre les indices x, y et z.
Pour déterminer la formule brute de l'hydrocérusite, on s'intéresse maintenant au dosage d'une solution d'hydrocérusite de concentration c par une solution d'acide sulfurique, un diacide considéré comme fort, de même concentration c. La courbe obtenue par simulation numérique est représentée sur la figure 1. On négligera tout phénomène de précipitation éventuel qui pourrait être rencontré lors du dosage.
Figure 1 - Courbe représentative du dosage d'une solution d'hydrocérusite par une solution d'acide sulfurique de concentration c. Le volume de référence noté V_1 est le même que sur la figure 2.
Q6. Donner les équations de réactions décrivant les transformations acido-basiques sur chacun des domaines de la courbe et justifier le nombre de sauts de pH observés et exploitables sur la courbe.
Q7. En déduire une relation impliquant les indices y, z et certains volumes repérés sur la courbe de dosage, puis une relation directe entre y et z.
Q8. En déduire une formule complète de l'hydrocérusite compatible avec les résultats précédents en donnant les plus petites valeurs entières acceptables pour x, y et z.
Afin de confirmer ce résultat, on effectue un dosage conductimétrique de la même solution d'hydrocérusite, donc toujours de concentration c, par une solution d'iodure de potassium de concentration 4c. Un solide jaune PbI_2 est formé lors de la transformation. La courbe obtenue lors de ce dosage, représentant l'évolution de la conductivité de la solution σ en fonction du volume de solution d'iodure de potassium ajouté, est représentée sur la figure 2.
Figure 2 - Courbe représentative du dosage d'une solution d'hydrocérusite par une solution d'iodure de potassium de concentration 4c. Le volume de référence noté V_1 est le même que sur la figure 1.
Q9. Représenter schématiquement le montage permettant d'effectuer ce dosage.
Q10. Représenter de manière détaillée la (ou les) électrode(s) utilisée(s) lors de ce suivi en précisant les caractéristiques importantes de chaque élément.
Q11. Sur la base de la partie de la courbe située entre 0 et 3V_1, estimer la valeur de λ_0(K^+), la conductivité molaire ionique de l'ion potassium K^+, et commenter la valeur obtenue.
Q12. Commenter l'allure générale de la courbe décrivant l'évolution de la conductivité.
Q13. Établir l'expression de x en fonction du (des) volume(s) repéré(s) sur la courbe de dosage et en déduire une relation entre x et z à partir des données du dosage précédent.
Q14. Vérifier que cette relation entre x et z conduit bien à la même formule de l'hydrocérusite que celle trouvée à la question Q8.
On aurait pu également envisager un dosage des ions plomb Pb^(2 +) en utilisant ses propriétés oxydantes.
Q15. Justifier pourquoi il est difficile de doser directement les ions plomb Pb^(2 +).
Q16. Proposer le principe d'un dosage indirect d'une solution d'ions Pb^(2 +) faisant intervenir de l'aluminium solide et une solution de dichromate de sodium (2Na^+(aq); Cr_2 O_7^(2 −)(aq)). Les équations de réaction décrivant les différentes étapes seront explicitées avec, le cas échéant, les constantes d'équilibre et les demi-équations électroniques associées.

II. Synthétiser un pigment : le rouge para

Dans cette partie, on s'intéresse à la synthèse d'un colorant organique, le rouge para. Il s'agit d'un colorant azoïque, ce qui signifie qu'il contient une double liaison N = N. On étudie ici certaines étapes de la synthèse à partir du nitrobenzène. Les premières étapes sont décrites sur la figure 3.
Figure 3 - Premières étapes de la synthèse du rouge para.
La première et la quatrième étape font toutes deux intervenir comme espèce clé l'ion nitronium NO_2^+.
Q17. Préciser le type de réactivité attendu pour le composé A lors de sa conversion en B.
Q18. Préciser la nature de la transformation aboutissant, à partir du composé B, à la formation du produit C et donner une équation de réaction rendant compte de cette transformation. Préciser les conditions expérimentales permettant de procéder à cette transformation.
Q19. Proposer des réactifs permettant de réaliser la transformation C → D et préciser le mécanisme de la transformation impliquée.
Q20. Décrire la géométrie autour de l'atome d'azote de la molécule D.
Q21. En exploitant la figure 3, donner la formule brute du composé E et montrer que plusieurs produits sont envisageables.
Un de ces produits se forme majoritairement lors de la transformation, mais les autres peuvent se former de manière minoritaire.
Q22. Proposer une technique expérimentale permettant d'isoler le produit majoritaire et expliquer son principe en utilisant un schéma.
Q23. Donner le bilan de la transformation E → F .
La synthèse se poursuit ensuite par deux étapes à partir du composé F pour obtenir le rouge para H. Ces étapes sont représentées sur la figure 4.
La connaissance de la structure du composé F n'est pas nécessaire pour la poursuite de la synthèse.
Figure 4 - Dernières étapes de la synthèse du rouge para.
Q24. Sans entrer dans le détail du mécanisme ou de la stéréochimie, indiquer les rôles respectifs du réactif G et du β-naphtol lors de l'étape G → H.
Q25. Dénombrer le nombre de stéréoisomères que l'on peut à priori envisager pour le composé H et donner la structure d'au moins l'un d'entre eux.
Le spectre infrarouge du rouge para présente, entre autres, des bandes caractéristiques mesurées à 3390 (large), 3100 (fine), 1600 (fine) cm^(− 1).
Q26. Attribuer les différentes bandes mesurées aux groupes fonctionnels du rouge para.
Le spectre UV-visible d'une solution de rouge para a également été enregistré. Il présente une bande d'absorption intense à 490 nm, les autres bandes étant dans l'ultra-violet.
Q27. Commenter la valeur mesurée sur le spectre UV-visible.
La caractérisation aurait également pu être complétée par l'enregistrement d'un spectre de RMN ^1 H du rouge para dissous dans CDCℓ_3. Dans ce solvant, les protons du benzène résonnent à 7,26 ppm.
Q28. Déterminer le nombre de systèmes de spin indépendants dans le rouge para.

III. Modifier une couleur perçue par l'environnement chimique

L'alizarine (1,2-dihydroxy-9,10-antracenedione) est un colorant rouge-orange dont la structure est représentée sur la figure 5. Elle est extraite de la garance et son utilisation remonte à l'Antiquité. L'un de ses intérêts est de présenter un groupement catéchol (1,2-benzènediol), ce qui lui confère des propriétés intéressantes sur le plan acido-basique autant que sur le plan des propriétés de complexation.
OOOHOH
Figure 5 - Structure moléculaire de l'alizarine et numérotation des atomes qui sera utilisée dans cette partie.
En particulier, cette molécule est impliquée dans deux couples acido-basiques de pKa de valeur pKa_1 = 6, 8 et pKa_2 = 12, 9.
Q29. Comparer, en justifiant, la valeur du pKa du couple phénol/phénolate, pKa( phénol / phénolate ) = 10, 0, à celle du couple butanol/butanolate, pKa (butanol/butanolate) = 16,1.
Q30. Justifier la valeur du pKa_1 = 6, 8 de l'alizarine en s'appuyant sur la structure de la base conjuguée du couple concerné.
Le spectre UV-visible d'une solution d'alizarine dans le méthanol est représenté sur la courbe reportée sur la figure 6.
Figure 6 - Spectre UV-visible d'une solution d'alizarine dans le méthanol.
Ce spectre présente en particulier une bande principale mesurée à 429 nm qui correspond à la forme représentée sur la figure 5, dite forme normale, que l'on notera N. Néanmoins, une petite bande est observée entre 500 et 600 nm . Cette bande est attribuée à une autre espèce, dite tautomère, que l'on notera T, dans laquelle le proton normalement porté par l'oxygène porté par le carbone 1 est déplacé sur l'oxygène porté par le carbone 9 . Cet équilibre est représenté sur la figure 7.
Figure 7 - Représentation de la forme normale de l'alizarine (gauche) et de sa forme tautomère (droite).
Afin de quantifier l'équilibre entre les deux formes, on mesure le spectre UV-visible de l'alizarine à plusieurs températures. Les résultats sont reportés sur la figure 8. Les spectres mesurés à différentes températures sont superposés sur la figure 8a et les flèches indiquent le sens de variation de l'intensité du signal mesuré lorsque la température augmente. La figure 8b représente une fonction de l'absorbance de la bande
à 429 nm (notée A_A ) et de celle à 560 nm (notée A_B ) en fonction de l'inverse de la température.
Figure 8a - Évolution du spectre d'absorption de l'alizarine en fonction de la température.
Figure 8b - Ajustement linéaire du logarithme deA_A/A_B
L'ajustement des données de la figure 8b est décrit, dans les unités du système international, par la relation :
ln((A_A)/(A_B)) = (355)/T + 0, 365
Q31. Donner l'expression littérale de l'absorbance d'une solution contenant les deux composés N et T en fonction des paramètres pertinents.
Q32. Commenter, en lien avec l'équilibre étudié, l'évolution des deux bandes principales de ces spectres.
Q33. Expliquer l'intérêt du tracé de la figure 8b et, à partir de l'équation d'ajustement, déterminer l'enthalpie standard de réaction Δ_r H^∘ et commenter la valeur obtenue.
Lorsque l'alizarine est placée en présence d'un sel métallique, elle est susceptible de former des complexes avec le cation. Dans le cas des ions aluminium Aℓ^(3 +), le complexe formé, noté C, est représenté sur la figure 9 ci-dessous. L'étude de cette interaction est intéressante dans le contexte de l'opération de mordançage dans le traitement des textiles : l'ajout d'ions aluminium sur un textile permet de former un « pont » entre la fibre textile et le colorant, favorisant ainsi sa rétention.
OHOOOInOHOHOHO
Figure 9 - Structure moléculaire du complexe C.
Cette structure a été obtenue par des études faisant intervenir de la spectroscopie électronique et des calculs de chimie quantique. Seule la première étape du raisonnement sera étudiée ici ; elle consiste à effectuer le dosage d'une solution d'alizarine par une solution de sels d'aluminium. Initialement, le pH des solutions est neutre. Le spectre est enregistré après des ajouts régulièrement espacés de la solution titrante, et tous les spectres mesurés sont superposés sur la figure 10. Les flèches indiquent le sens de variation de l'absorbance des bandes observées lors de l'ajout de la solution d'ions aluminium Aℓ^(3 +).
Figure 10 - Évolution du spectre UV-visible mesuré lors de l'ajout de la solution d'ions aluminium Aℓ^(3 +).
Q34. Décrire l'évolution des deux bandes décrivant une absorption au-delà de 350 nm , en particulier en les associant à certaines espèces étudiées.
Q35. Justifier que les deux protons initialement présents dans la forme N de l'alizarine ne sont plus présents dans le complexe C malgré les valeurs des pKa de l'alizarine.
Q36. Établir une équation ajustée de la transformation intervenant lors de la complexation étudiée.
Q37. Déduire des questions précédentes les évolutions en termes de pH et de couleur qui seront observées lors de la transformation.
Le complexe C fait intervenir deux liaisons Al - O. Sans utilisation de calculs de chimie quantique, il aurait été possible de proposer d'autres structures pour ce complexe.
Q38. Proposer une autre structure concevable comprenant deux liaisons Al - O et faisant intervenir deux molécules d'alizarine. Justifier, à l'aide d'un argument thermodynamique, pourquoi l'obtention de cette forme est moins probable.
Enfin, la question de la présence de plusieurs complexes différents pourrait se poser. On observe un point particulier (vers 450 nm) sur ce faisceau où tous les spectres se croisent.
Ce point est appelé point isosbestique et la présence d'au moins un point de ce type est caractéristique de l'existence d'un équilibre unique entre deux espèces absorbantes. On considère une transformation selon l'équation :
R = P
Lors de cette transformation, seul R est initialement présent, la quantité [R] + [P] est donc fixée.
Q39. Montrer que dans ce cas, un point isosbestique apparaît pour les longueurs d'onde pour lesquelles un paramètre, à préciser, est le même pour les deux composés.
Q40. Justifier qualitativement à l'aide d'un schéma pourquoi un point de ce type existe en général dès que les composés R et P n'ont pas la même longueur d'onde d'absorption maximale.
Q41. En adaptant le schéma de la question Q40, montrer que la justification évoquée ne se généralise pas à trois espèces absorbantes quelconques. En déduire que la présence d'au moins un tel point est caractéristique d'un équilibre unique.
Q42. Conclure dans le cas de la complexation étudiée en donnant l'équilibre impliqué.
La formation des élèves à la démarche de modélisation est au cœur des objectifs des programmes de physique-chimie. La première colonne du tableau donné dans le document réponse à rendre avec la copie en décrit quelques caractéristiques tirées de la littérature ^1.
QP43. Compléter la colonne 2 du tableau du document réponse à rendre avec la copie, en reliant les éléments constitutifs de la démarche de modélisation décrits dans le préambule du programme de seconde générale et technologique ( 2^(nde) GT) donné en annexe 1, aux caractéristiques générales d'un modèle données dans la colonne 1 du document réponse, lorsque c'est pertinent.
QP44. Identifier les caractéristiques d'un modèle qui ne sont pas encore abordées dans le programme de seconde.
QP45. En choisir une et donner en quelques mots un exemple d'activité réalisable dans le cadre général du programme de 2^(nde) GT et permettant de l'aborder néanmoins avec les élèves.
QP46. Compléter les 4 cases non-grisées de la colonne 3 du document réponse en illustrant les différentes caractéristiques générales d'un modèle par celles du modèle de la réaction chimique tel qu'il est abordé en 2^(nde) GT.
QP47. Compléter les 4 cases non-grisées de la colonne 4 du document réponse en illustrant chaque caractéristique générale d'un modèle par une activité réalisable en classe de 2^(nde) GT dans le contexte du traitement de la partie 2. B) du programme. Chaque activité sera décrite brièvement par une courte phrase.

IV. Authentifier des œuvres d'art

En 1923, le musée du Louvre (Paris) a acquis une statue en verre bleu représentant une tête du pharaon Toutankhamon dont il était présumé qu'elle datait de la 18^(ème) dynastie ( 14^(ème) siècle avant notre ère). L'authenticité de cette statue a toujours été discutée par les historiens de l'art en raison d'incohérences avec les connaissances sur l'art égyptien (en particulier la forme de la perruque et la teinte exacte de bleu utilisée). Il a fallu néanmoins attendre la fin des années 1990 pour qu'il soit mis en évidence de manière indiscutable qu'il s'agissait bien d'un faux, datant au plus tôt du 18^(ème) siècle de notre ère, grâce à des analyses poussées effectuées sur l'accélérateur de particules AGLAÉ (Accélérateur Grand Louvre d'Analyse Élémentaire).
La méthode utilisée consiste en la détection des éléments traces présents dans divers composants de la statue et en la comparaison des résultats avec ce qui est obtenu pour des objets certifiés de la 18^(ème) dynastie.
L'accélérateur de particules sert à focaliser un faisceau de protons sur une cible à analyser. Les protons accélérés ont une énergie cinétique de l'ordre de grandeur du MeV. Les protons ont un pouvoir pénétrant relativement faible et vont ainsi interagir avec les différents éléments présents à la surface de cette cible qui peuvent alors interagir avec les protons selon plusieurs mécanismes, dont l'ionisation des couches internes qui produit des rayons X (méthode PIXE) et l'induction de réactions nucléaires qui produit des rayons gamma (méthode PIGME). Les rayonnements émis sont ensuite analysés de manière à obtenir un spectre caractéristique du matériau étudié.
Q48. Justifier que l'utilisation d'un faisceau de proton est appropriée à l'étude d'œuvres d'art.
Q49. Préciser en quoi le principe de ces méthodes spectroscopiques diffère de celui des méthodes plus classiquement employées (UV-visible, infra-rouge) et nommer, en la justifiant, une méthode couramment utilisée fonctionnant sur le même principe.
Q50. En considérant que l'énergie d'ionisation des éléments légers est de l'ordre d'une dizaine d'eV, calculer l'ordre de grandeur de la longueur d'onde du rayonnement requis. En déduire, laquelle des méthodes PIGME et PIXE est la plus adaptée à leur étude.
L'activité expérimentale de l'annexe 2 a été donnée en début d'année à une classe de spécialité physique-chimie de terminale générale. L'objectif de cette activité est d'effectuer le bilan d'une transformation chimique pour vérifier si elle est totale, en utilisant le modèle de la réaction chimique.
La littérature scientifique ^2 fournit des indicateurs qui permettent d'estimer l'efficacité des actions professionnelles possibles d'un enseignant abordant en classe la construction du bilan d'une transformation chimique. Ils sont donnés dans la liste suivante :
Indicateurs d'efficacité de la construction du bilan « transformation(s) chimique(s) »
i1. Décrire les modifications visibles sans référence aux espèces chimiques
i2. Faire rechercher expérimentalement la présence de nouvelles espèces chimiques
i3. Faire décrire une transformation chimique en termes d'espèces chimiques (sans utilisation d'un langage perceptif)
i4. Faire référence au système chimique
i5. Parler d'état initial du système chimique
i6. Parler d'état final du système chimique
i7. Faire recenser les espèces présentes à l'état initial
i8. Faire recenser les espèces présentes à l'état final
i9. Effectuer des mesures puis calculer les quantités de matière des espèces à l'état initial/final
i10. Mettre en avant une composition qualitative ou semi-quantitative différente du système entre les deux états pour définir une transformation chimique
i11. Faire repérer un candidat réactif par la diminution de la quantité de l'espèce ou sa disparition
i12. Faire repérer un candidat produit par l'augmentation de la quantité de l'espèce ou son apparition
i13. Faire repérer un candidat spectateur par la non-évolution de la quantité de l'espèce.
QP51. Indiquer quels sont les critères indicateurs d'efficacité mobilisés lors de l'activité expérimentale de l'annexe 2.
QP52. Les tests effectués dans les bécher n°2 et n°3 de l'activité montrent la présence d'ions Pb^(2 +) et d'ions I^−dans le filtrat. Donner la réponse attendue à la question 4).
QP53. Illustrer par un schéma légendé l'évolution de la composition du système étudié dans l'activité expérimentale, à l'état initial et à l'état final de la transformation chimique.
QP54. Choisir l'un des indicateurs d'efficacité qui n'est pas mobilisé dans l'activité et proposer une piste d'amélioration de cette activité qui en tient compte, pour aider les élèves à mieux comprendre la transformation chimique étudiée.
Un élève doit répondre à la question 5) de l'activité de l'annexe 2 chez lui car elle n'a pas pu être traitée en classe. Pour cela, il interroge une intelligence artificielle (I.A.) génératrice de contenu. La réponse donnée est en annexe 3.
QP55. Commenter la réponse et critiquer la validité des quatre hypothèses données par l'I.A. Donner la réponse attendue de la part d'un élève de terminale et proposer une expérience simple permettant de valider la (les) hypothèse(s) proposée(s).
L'analyse élémentaire d'un échantillon consiste à l'oxyder totalement (souvent par une réaction de combustion) et à quantifier la proportion de chaque oxyde, ce qui permet de remonter à la proportion des éléments présents dans l'échantillon. C'est une méthode souvent utilisée en chimie organique mais dont l'application en chimie minérale, comme ici, peut donner de bons résultats.
Le tableau donné en annexe 4 regroupe certains résultats de l'analyse élémentaire, effectuée à l'aide de l'accélérateur AGLAÉ, de quatre objets bleus attribués avec certitude à la 18^(ème) dynastie, et de deux points mesurés sur la tête bleue étudiée, au niveau du visage et de la perruque. Dans chaque case, la première valeur est le pourcentage de l'oxyde étudié par rapport au poids total d'oxydes, la deuxième est l'écart-type de cette valeur. La dernière ligne représente le pourcentage d'autres oxydes non étudiés individuellement.
Q56. À l'aide du tableau donné en annexe 4, montrer, en utilisant des calculs de Z-score judicieusement choisis, que cette analyse permet d'établir que les natures des verres constituant la tête bleue sont très différentes de celles des verres de la 18^(ème) dynastie.
Le verre est souvent transparent, mais il peut être opacifié par différents composés, comme c'est le cas de la tête bleue étudiée. Au cours de l'histoire, les composés Ca_2 Sb_2 O_7, Pb_2 Sb_2 O_7, SnO_2, 3Ca(PO_4)_2 PbO, 3 Pb_3(AsO_4)_2 PbO, Na_2 SiF_6 ont été les principaux utilisés. L'un de ces composés a été introduit par les verriers vénitiens au 17^(ème) siècle de notre ère.
Q57. Sur la base des résultats reportés dans le tableau, proposer une structure pour le composé opacifiant utilisé au 18^(ème) siècle.
Q58. Préciser, en détaillant le raisonnement, parmi les objets attestés de la 18 ème dynastie, le(s)quel(s) est(sont) opaque(s) et le(s)quel(s) est (sont) transparent(s).
Lors de sa fabrication，afin de rendre plus rugueuse la surface du verre pour lui donner un aspect plus authentique，la tête bleue a été traitée à l＇acide fluorhydrique．
Q59．Commenter l＇évolution de l＇acidité des acides halohydriques au vu de l＇évolution de l＇électronégativité de l＇halogène impliqué．
Q60．Justifier qualitativement que les affinités électroniques des halogènes sont assez proches les unes des autres et en déduire la conséquence sur l＇étude des pKa respectifs．
Q61．Préciser un phénomène majeur négligé dans les raisonnements précédents pour étudier la réactivité des acides halohydriques．
Q62．Justifier，au niveau microscopique，l＇utilité de l＇acide fluorhydrique pour vieillir le verre．
Annexe 1
Extraits des programmes de collège et de lycée général dédiés aux transformations de la matière
Annexe 1.a - Extrait du programme de physique-chimie de cycle 4 (Bulletin officiel n°31 du 30 juillet 2020)
Organisation et transformations de la matière.
Attendus de fin de cycle
  • -Décrire la constitution et les états de la matière
  • -Décrire et expliquer des transformations chimiques
  • -Décrire l'organisation de la matière dans l'Univers
Connaissances et compétences associées Exemples de situations, d'activités et d'outils pour l'élève
Décrire et expliquer des transformations chimiques
Mettre en œuvre des tests caractéristiques d'espèces chimiques à partir d'une banque fournie. Identifier expérimentalement une transformation chimique. Distinguer transformation chimique et mélange, transformation chimique et transformation physique. Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes. Utiliser une équation de réaction chimique fournie pour décrire une transformation chimique observée. - Notions de molécules, atomes, ions. - Conservation de la masse lors d'une transformation chimique. Associer leurs symboles aux éléments à l'aide de la classification périodique. Interpréter une formule chimique en termes atomiques : dioxygène, dihydrogène, diazote, eau, dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d'azote. Cette partie prendra appui sur des activités expérimentales mettant en œuvre différent types de transformations chimiques : combustions, réactions acide-base, réactions acides-métaux. Utilisation du tableau périodique pour retrouver, à partir du nom de l'élément, le symbole et le numéro atomique et réciproquement.
Annexe 1.b - Extrait du programme de physique-chimie de 2^(nde) générale et technologique (Bulletin officiel spécial nº1 du 22 janvier 2019)
  • -Préambule :
« Dans la continuité du collège, le programme de physique-chimie de la classe de seconde vise à faire pratiquer les méthodes et démarches de ces deux sciences en mettant particulièrement en avant la pratique expérimentale et l'activité de modélisation. [...] La démarche de modélisation occupe une place centrale dans l'activité des physiciens et des chimistes pour établir un lien entre le « monde » des objets, des expériences, des faits et le « monde » des modèles et des théories. Aussi, l'enseignement proposé s'attache-t-il à introduire les principaux éléments constitutifs de cette démarche, tels que : simplifier la situation initiale ; établir des relations entre grandeurs ; choisir un modèle adapté pour expliquer des faits ; effectuer des prévisions et les confronter aux faits ; recourir à une simulation pour expérimenter sur un modèle ; choisir, concevoir et mettre en œuvre un dispositif expérimental pour tester une loi. »
  • -Contenus :
  • 2.Modélisation des transformations de la matière et transfert d'énergie
  • [...] L'étude des transformations chimiques, entamée au collège, est complétée par les notions de stœchiométrie, d'espèce spectatrice et de réactif limitant. L'analyse de l'évolution d'un système pour modéliser sa transformation chimique par une réaction illustre une démarche de modélisation au niveau macroscopique. Elle nécessite de mettre en place une démarche expérimentale rigoureuse pour passer :
    • -d'une description des modifications visibles ;
    • -aux espèces chimiques, présentes dans l'état initial et qui ont réagi ;
    • -à celles, présentes dans l'état final et qui ont été formées ;
    • -et enfin, à l'écriture d'une réaction rendant compte au mieux des changements
observés au niveau macroscopique [...].
  • B)Transformation chimique
Notions et contenus Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation
Modélisation macroscopique d'une transformation par une réaction chimique. Écriture symbolique d'une réaction chimique. Notion d'espèce spectatrice. Stœchiométrie, réactif limitant. Modéliser, à partir de données expérimentales, une transformation par une réaction, établir l'équation de réaction associée et l'ajuster. Identifier le réactif limitant à partir des quantités de matière des réactifs et de l'équation de réaction. Déterminer le réactif limitant lors d'une transformation chimique totale, à partir de l'identification des espèces chimiques présentes dans l'état final.
Annexe 1.c - Extrait du programme de spécialité physique-chimie de 1^(ère) générale (Bulletin officiel spécial nº1 du 22 janvier 2019)
1. Suivi de l'évolution d'un système, siège d'une transformation
Cette partie poursuit l'étude de la modélisation macroscopique de la transformation chimique d'un système. Les notions de masse molaire, volume molaire et concentration en quantité de matière (en mol ⋅ L^(− 1) ) sont introduites pour déterminer la composition d'un système chimique. Pour décrire l'évolution d'un système, siège d'une transformation chimique, des bilans de matière complets sont effectués en s'appuyant sur la notion d'avancement (en mol). La notion de transformation totale et non totale est introduite en comparant la valeur de l'avancement final à celle de l'avancement maximal, sans référence à la notion d'équilibre chimique [...].
B) Suivi et modélisation de l'évolution d'un système chimique
Notions et contenus Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation
Évolution des quantités de matière lors d'une transformation. État initial, notion d'avancement (mol), tableau d'avancement, état final.
Avancement final, avancement maximal. Transformations totale et non totale. Mélanges stœchiométriques.
Décrire qualitativement l'évolution des quantités de matière des espèces chimiques ors d'une transformation. Etablir le tableau d'avancement d'une transformation chimique à partir de l'équation de la réaction et des quantités de matière initiales des espèces chimiques. Déterminer la composition du système dans l'état final en fonction de sa composition initiale pour une transformation considérée comme totale. Déterminer l'avancement final d'une réaction à partir de la description de l'état final et comparer à l'avancement maximal. Déterminer la composition de l'état final d'un système et l'avancement final d'une réaction.
Annexe 1.d - Extraits du programme de spécialité physique-chimie de terminale générale (Bulletin officiel spécial n°8 du 25 juillet 2019)
2. Modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation
A) Suivre et modéliser l'évolution temporelle d'un système siège d'une transformation chimique
Cette partie prolonge l'étude de la modélisation macroscopique des transformations chimiques en abordant leurs caractéristiques cinétiques : vitesse volumique de disparition d'un réactif, vitesse volumique d'apparition d'un produit et temps de demiréaction. La vitesse volumique, dérivée temporelle de la concentration de l'espèce, est privilégiée car elle est indépendante de la taille du système. L'approche expérimentale permet d'éclairer le choix d'un outil de suivi de la transformation, de mettre en évidence les facteurs cinétiques et le rôle d'un catalyseur, de déterminer un temps de demiréaction et de tester l'existence d'une loi de vitesse. La « vitesse de réaction », dérivée temporelle de l'avancement de réaction, n'est pas au programme. Les mécanismes réactionnels sont présentés comme des modèles microscopiques élaborés pour rendre compte des caractéristiques cinétiques par l'écriture d'une succession d'actes élémentaires. Les exemples de mécanismes réactionnels sont empruntés à tous les domaines de la chimie [...].
Notions et contenus Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation
Suivi temporel et modélisation macroscopique Transformations lentes et rapides. Facteurs cinétiques : température, concentration des réactifs. Catalyse, catalyseur.
Vitesse volumique de disparition d'un réactif et d'apparition d'un produit. Temps de demi-réaction.
Loi de vitesse d'ordre 1.
Justifier le choix d'un capteur de suivi temporel de l'évolution d'un système. Identifier, à partir de données expérimentales, des facteurs cinétiques. Citer les propriétés d'un catalyseur et identifier un catalyseur à partir de données expérimentales. Mettre en évidence des facteurs cinétiques et l'effet d'un catalyseur. À partir de données expérimentales, déterminer une vitesse volumique de disparition d'un réactif, une vitesse volumique d'apparition d'un produit ou un temps de demi-réaction. Mettre en œuvre une méthode physique pour suivre l'évolution d'une concentration et déterminer la vitesse volumique de formation d'un produit ou de disparition d'un réactif. Identifier, à partir de données expérimentales, si l'évolution d'une concentration suit ou non une loi de vitesse d'ordre 1.
Modélisation microscopique Mécanisme réactionnel : acte élémentaire, intermédiaire réactionnel, formalisme de la flèche courbe. Modification du mécanisme par ajout d'un catalyseur. Interprétation microscopique de l'influence des facteurs cinétiques. À partir d'un mécanisme réactionnel fourni, identifier un intermédiaire réactionnel, un catalyseur et établir l'équation de la réaction qu'il modélise au niveau microscopique. Représenter les flèches courbes d'un acte élémentaire, en justifiant leur sens. Interpréter l'influence des concentrations et de la température sur la vitesse d'un acte élémentaire, en termes de fréquence et d'efficacité des chocs entre entités.
3. Prévoir l'état final d'un système, siège d'une transformation chimique
Le caractère non total des transformations, introduit en classe de première, a été attribué aux transformations pour lesquelles l'avancement final est inférieur à l'avancement maximal ; en classe terminale, il est modélisé par deux réactions opposées qui conduisent à des vitesses de disparition et d'apparition égales dans l'état final, ce qui correspond à un état d'équilibre dynamique du système. Pour ces transformations, le quotient de réaction Q_r évolue de manière spontanée jusqu'à atteindre, dans l'état final, la valeur de la constante d'équilibre K(T). Dans le cas des transformations totales, la disparition d'un réactif intervient alors que la valeur du quotient de réaction Q_r n'a pas atteint K(T) [...].
A) Prévoir le sens de l'évolution spontanée d'un système chimique
Notions et contenus Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation
Etat final d'un système siège d'une transformation non totale : état d'équilibre chimique. Modèle de l'équilibre dynamique.
Quotient de réaction Q_r. Système à l'équilibre chimique : constante d'équilibre K(T). Critère d'évolution spontanée d'un système hors équilibre chimique.
Relier le caractère non total d'une transformation à la présence, à l'état final du système, de tous les réactifs et de tous les produits. Mettre en évidence la présence de tous les réactifs dans l'état final d'un système siège d'une transformation non totale, par un nouvel ajout de réactifs.
Déterminer le sens d'évolution spontanée d'un système. Déterminer un taux d'avancement final à partir de données sur la composition de l'état final et le relier au caractère total ou non total de la transformation. Déterminer la valeur du quotient de réaction à l'état final d'un système, siège d'une transformation non totale, et montrer son indépendance vis-à-vis de la composition initiale du système à une température donnée.

Annexe 2
Activité expérimentale : à la recherche des réactifs disparus

Au cours d'une transformation chimique, des réactifs réagissent ensemble et des produits se forment. Cette transformation cesse lorsque le réactif limitant est totalement consommé. Est-ce toujours le cas ?
Doc. 1 : protocole expérimental 1
  • -Dans un bécher n°1, verser 10,0 mL de solution aqueuse de nitrate de plomb (Pb^(2 +)(aq) + 2NO_3^−(aq))de concentration 1, 00 × 10^(− 1) mol ⋅ L^(− 1) puis ajouter 20,0 mL de solution aqueuse d'iodure de potassium (K^+(aq) + I^−(aq)) de même concentration.
La réaction est quasi instantanée.
  • -Filtrer le précipité obtenu et récupérer le filtrat incolore dans un erlenmeyer.
  • -Verser la moitié du filtrat dans un bécher n°2 et l'autre moitié dans un bécher n^∘3.
  • -Dans le bécher n°2, ajouter quelques mL de solution aqueuse de chromate de potassium (2 K^+(aq) + CrO_4^(2 −)(aq)) et observer.
  • -Dans le bécher n°3, ajouter quelques mL de solution aqueuse de nitrate d'argent (Ag^+(aq) + NO_3^−(aq)) et observer.
Doc. 2 : la transformation étudiée Lorsque l'on mélange une solution aqueuse incolore de nitrate de plomb (Pb^(2 +)(aq) + 2NO_3^−(aq)) et une solution aqueuse incolore d'iodure de potassium (K^+(aq) + I^−(aq)), on observe la formation d'un précipité jaune d'iodure de plomb PbI_2(s). Cette transformation peut être modélisée par une réaction d'équation :
Pb^(2 +)(aq) + 2I^−(aq) → PbI_2(s)
Doc. 3 : tests de reconnaissance des ions Pb^(2 +)(aq) et iodure I ^−(aq)
Ion recherché Réactif à ajouter Observation
Pb^(2 +) Chromate de potassium (2 K^+(aq) + CrO_4^(2 −)(aq)) Formation d'un précipité jaune de PbCrO_4(s)
I^− Nitrate d'argent (Ag^+(aq) + NO_3^−(aq)) Formation d'un précipité jaune très clair de AgI(s)
  • a)Mettre en œuvre le protocole expérimental 1.
  • b)Dans le bécher n°1, les réactifs de la transformation chimique sont-ils introduits dans les proportions stœchiométriques ? Sinon, quel est le réactif limitant ?
  • c)Si l'on suppose que cette réaction est totale, déterminer la composition du filtrat obtenu.
  • d)Comment appelle-t-on des espèces chimiques présentes dans le milieu réactionnel, mais qui n'interviennent pas dans l'équation de la réaction ? Les identifier.
  1. D'après les observations faites dans le bécher n^∘2, restait-il des ions Pb^(2 +) dans le filtrat ?
  2. D'après les observations faites dans le bécher n^∘3, restait-il des ions I^−dans le filtrat ?
  3. Les réponses aux questions 2 et 3 sont-elles en accord avec la réponse à la question 1) b) ? Pourquoi ? Que met-on en évidence avec cette expérience ?
  4. Une réaction chimique est-elle toujours totale (arrêt de la réaction lorsqu'au moins un réactif est totalement consommé) ? Émettre une ou plusieurs hypothèses qui pourraient permettre de l'expliquer.

Annexe 3

Activité expérimentale : à la recherche des réactifs disparus Réponse d'une intelligence artificielle génératrice de contenu

Intelligence artificielle génératrice de contenus consultée le 17 décembre 2023
Une réaction chimique est-elle toujours totale (arrêt de la réaction lorsqu'au moins un réactif est totalement consommé) ? Émettre une ou plusieurs hypothèses qui pourraient permettre de l'expliquer.
Dans le contexte de la chimie, une réaction chimique n'est pas nécessairement toujours totale (arrêt) lorsque l'un des réactifs est totalement consommé. Cela dépend des conditions expérimentales, de la cinétique de la réaction et de la présence d'autres facteurs.
Voici quelques hypothèses qui pourraient expliquer pourquoi une réaction chimique ne s'arrête pas nécessairement lorsque l'un des réactifs est totalement consommé :
  • 1.Excès d'un réactif : Si l'autre réactif est en excès par rapport à celui qui est totalement consommé, la réaction peut continuer à se produire avec l'excès de réactif restant.
  • 2.Réaction réversible : Certaines réactions chimiques sont réversibles, ce qui signifie qu'une fois qu'un réactif est totalement consommé, la réaction peut se dérouler en sens inverse, régénérant ainsi le réactif initial et permettant à la réaction globale de se poursuivre.
  • 3.Réaction en cascade : Dans certains cas, la réaction chimique peut se produire en plusieurs étapes ou dans le cadre d'une série de réactions interconnectées. Ainsi, même si l'un des réactifs est totalement consommé, il peut y avoir d'autres réactions en aval qui continuent à se produire.
  • 4.Catalyse : La présence d'un catalyseur peut accélérer la réaction chimique et permettre à la réaction de se poursuivre même lorsque l'un des réactifs est épuisé. Le catalyseur peut régénérer ou régénérer partiellement le réactif consommé, permettant ainsi à la réaction de continuer.
Il est important de noter que ces hypothèses sont générales et qu'il peut y avoir d'autres facteurs spécifiques à chaque réaction chimique. La compréhension complète du système réactionnel spécifique est nécessaire pour déterminer si une réaction s'arrête ou non lorsque l'un des réactifs est totalement consommé.

Annexe 4
Résultats d'analyses élémentaires d'artéfacts archéologiques effectués à l'aide de l'accélérateur AGLAÉ ^3

Dans chaque case, la première valeur est le pourcentage de l'oxyde étudié par rapport au poids total d'oxydes, la deuxième est l'écart-type de cette valeur. La dernière ligne représente le pourcentage d'autres oxydes non étudiés individuellement.
Objet Tesson Perle Collier Figure d'applique Visage Perruque
Nuance de bleu marine marine turquoise turquoise ciel foncé
Époque 18 ^(ème) dynastie 18^(ème) dynastie 18 ^(ème) dynastie 18 ^(ème) dynastie ?? ??
Na_2 O 13,63 16,56 15,66 11,87 11,95 11,96
3,44 0,21 0,59 1,03 2,44 0,23
MgO 2,79 4,17 3,49 4,82 1,94 1,95
0,42 0,39 0,13 0,89 0,09 0,76
Aℓ_2 O_3 3,68 1,54 0,92 1,32 1,98 2,43
0,38 0,06 0,27 0,34 0,67 0,18
SiO_2 47,92 66,74 64,98 64,12 33,20 40,26
24,47 0,85 1,04 1,29 6,07 2,24
CaO 21,23 7,24 7,44 5,58 5,04 2,11
23,69 0,17 0,43 0,12 4,25 0,58
FeO 1,48 1,02 0,36 0,59 1,28 0,63
0,56 0,03 0,09 0,18 1,22 0,05
CoO 0,39 0,08 0,00 0,00 0,17 0,36
0,11 0,01 0,00 0,00 0,02 0,01
SnO_2 0,01 0,01 0,02 0,10 0,00 0,00
0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01
Sb_2 O_3 0,75 0,01 1,12 5,66 0,17 0,27
0,25 0,01 0,16 4,39 0,03 0,03
PbO 0,13 0,02 0,02 0,11 28,55 28,22
0,06 0,00 0,02 0,04 3,42 1,32
As_2 O_3 0,00 0,00 0,02 0,04 6,38 4,09
0,00 0,00 0,02 0,01 0,72 0,28
Autres oxydes 7,99 2,61 5,97 4,76 9,34 7,72
NE RIEN ECRIRE DANS CE CADRE

DOCUMENT RÉPONSE A RENDRE AVEC LA COPIE

Les parties grisées ne sont pas à remplir. Une ligne du tableau est complétée pour illustrer ce qui est attendu.
Colonne 1 Colonne 2 Colonne 3 Colonne 4
Caractéristiques générales d'un modèle Éléments constitutifs de la démarche de modélisation du programme de 2^(nde) GT Transposition au modèle de la réaction chimique en 2^(nde) GT (caractéristiques spécifiques) Exemples de situation de classe en 2^(nde) dans le cadre du travail du thème sur la transformation chimique
Lien modèle-phénomène modélisé
Il est le modèle d'un phénomène.
Il laisse certains aspects du réel de côté.
Pluralité
Il modélise plusieurs phénomènes et possède un caractère unificateur.
Un phénomène peut être modélisé par plusieurs modèles.
Efficacité
Il peut être symbolisé. Établir des relations entre grandeurs Recourir à une simulation pour expérimenter sur un modèle Écriture symbolique d'une réaction chimique. Écriture d'équations (formules chimiques, symboles, coefficients stœchiométriques). Passage du registre symbolique au langage naturel et inversement.
Il a un caractère explicatif.
Il a un caractère prédictif.
Localité
Il a un domaine de validité.
  1. ^1 Rémi Bouard, Sophie Canac et Isabelle Kermen, « Modélisation des transformations chimiques : mise en regard d'un programme et de pratiques enseignantes », RDST, 25 | 2022, mis en ligne le 30 mai 2022, consulté le 25 novembre 2023. DOI : https://doi.org/10.4000/rdst. 4165
  2. ^2 Rémi Bouard, Sophie Canac et Isabelle Kermen, « Modélisation des transformations chimiques : mise en regard d'un programme et de pratiques enseignantes », RDST, 25 | 2022, mis en ligne le 30 mai 2022, consulté le 25 novembre 2023. DOI : https://doi.org/10.4000/rdst. 4165
  3. ^3 Isabelle Biron et Geneviève Pierrat-Bonnefois, « La tête égyptienne en verre bleu du musée du Louvre, la découverte d'un faux », l'actualité chimique - octobre-novembre 2007 - n° 312-313
    https://new.societechimiquedefrance.fr/wp-content/uploads/2019/12/312-313-oct-nov-p.47-Biron.pdf

Questions fréquentes

4 questions
Sur quoi porte la composition de chimie de l'agrégation interne physique-chimie 2025 ?
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Sur quoi porte la composition de chimie de l'agrégation interne physique-chimie 2025 ?

Le sujet porte sur la couleur en chimie, à travers l'analyse d'un pigment (la céruse), la synthèse d'un colorant (le rouge para), la complexation de l'alizarine et l'authentification d'œuvres d'art.

Cette composition de chimie de l'agrégation interne 2025 est-elle difficile ?

Oui, la moyenne des candidats présents est de 9,35/20, avec une moyenne remontant à 14,27/20 pour les seuls candidats admissibles.

Quelles erreurs le jury a-t-il le plus relevées sur cette composition de chimie agrégation interne 2025 ?

Le jury relève une prise en compte insuffisante du caractère diacide de l'acide sulfurique, une analyse de la réactivité pas assez fine en chimie organique, et une démarche quantitative rare dans l'étude du cas de fraude.

Faut-il des connaissances spécifiques en chimie organique pour cette composition de chimie agrégation interne 2025 ?

Non, le rapport précise qu'aucune connaissance spécifique sur les substitutions électrophiles aromatiques n'était nécessaire, mais une finesse d'analyse de la réactivité était attendue.

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