D'où la configuration du fluor à l'état fondamental : F : 1s22s22p5 Un atome du fluore contient 2 électrons du cœur et 7 électrons de valence ( voir figure) Il y'a un
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Le fluor et ses composés
Proposé parProposé parProposé parProposé par Ahmed N Ahmed N Ahmed N Ahmed NARJIS ARJIS ARJIS ARJIS / / / / CRMEF marrakecCRMEF marrakecCRMEF marrakecCRMEF marrakechhhh
1. Le fluor et les halogènes :
1.1. Les halogènes sont situés sur la 17ème colonne , donc la configuration électronique externe est ns2np5 (où ns2(n-1)d10np5 à partir de n = 4) . Or d'après l'énoncé, le fluor est situé
dans la deuxième période donc n = 2. D'où la configuration du fluor à l'état fondamental :F : 1s
22s22p5
Un atome du fluore contient 2 électrons du coeur et 7 électrons de valence ( voir figure). Il y'a un seul électron célibataire ( voir figure) . 1.2. L'atome du fluor est composé de 9 électrons et un noyau contenant 9 protons et 10 neutrons. 1.3.Dans une colonne, l'électronégativité diminue si Z croit , donc le fluor est le plus électronégatif.
1.4.l'ion le plus stable d'un halogène X est celui, dont la configuration électronique ressemble à
celle du gaz rare qui le suit, donc sous forme X - . Donc n.o = -I pour l'ion halogénure. 1.5.Pour acquérir la configuration électronique du gaz rare qui le suit l'halogène X donne l'ion
halogénure , note X 1.6. Chaque atome d'halogène à besoin d'un électron. Chaque atome contribue par son électron pour former une liaison simple dans la molécule X2 ( Principe de stabilité) .
1.7.Le schéma de L
EWIS de HF et F2 :
1.8.Le rayon de Van Der Waals augmente avec Z.
La température de changement d'état est proportionnelle à la masse molaire.2. Structure cristalline du fluorure de calcium :
2.1. La configuration électronique du calcium : Ca : 1s22s22p63s2 .L'ion du calcium le plus stable est Ca
2+ , celui du fluor est F- , d'où la stoechiométrie : CaF2.
C'est un composé ionique .
2.2.La maille de la fluorine :
Ca2+ F 0,1 0,10,1 0,1
1/2 1/21/2 1/2
1/4 1/4 3/4 3/4 1/4 1/43/4 3/4
0,1 Concours National Commun -Session 2018-http://cpgemaroc.comConcours national commun 2018 m Epreuve de chimie TSI m
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2.3. La coordinence de F- est 4 ( car il occupe un site tétraédrique formé par les cations Ca2+).
La coordinence de Ca
2+ est 8 ( chaque ion Ca2+ est entouré de 8 anions F- ).
La coordinence 8 :4 est en accord avec la stoechiométrie CaF 2 .2.4. Le nombre de motifs : F
- = 8 ( tous les sites tétraédriques) , Ca2+ = 4 ( CFC).Puisque 8 F
- et 4 Ca2+ d'où la formule CaF2 . (la maille contient 4 entités CaF2). 2.5.La masse volumique :
2 234 ( )
.CaFAM CaF
N aρ= A.N : 2
33240 /CaFkg mρ=
3. Acidité de l'acide fluorhydrique :
3.1. 23(1)0 (1 )
KaHF H OF H O
C CC C3F H OKaHF-+ = soit
2 (1 )CKaα
3.2.1.
Graphe (a)
: Si la concentration diminue, le dissociation est totale ( Loi de dilution d'OSWALD).Graphe (b)
: pour de concentrations faibles la courbe du pH en fonction de log(c) est une droite de pente (-1) , soit pH = -logC . L'acide se comporte comme fort.3.2.2.
log( ) 2log log(1 )pKa Cα α= - - + - A.N : 3,20pKa=3.2.3.
2(1 )KaCα
-= A.N : 42.10 /C mol L-≃3loglog( )pH H O Cα+ = - = - A.N : 3,8pH=
4. Solubilité du chlorure de calcium :
4.1. 2 2( )2 0 0 2 Ks sCaFCa F excés excésss 2324Ks Ca F s-
4.2. La solubilité molaire :
34s oKs= A.N : 42,15.10 /osmol L-=. Concours National Commun -Session 2018-http://cpgemaroc.com
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4.3. La solubilité : [][ ][ ]2
211 12 2 2F HF FHFHFKss CaF Ca F
22114HF
KsssF ( La loi de modération universelle ; si on ajoute des ions oxonium H3O+ , ils consomme les ions fluorure , ce qui favorise d'avantage la dissolution du solide CaF 2 ). 4.4. Pour pH = 6 , []F HF- >> , dans ce cas 33 64Kss s=≃ on trouve : 4
62,15.10 /smol L-=
Pour pH = 1 ,
[]F HF- << , dans ce cas 2( )31104pKa pHKss-= soit : 316,3.10 /s mol L-=
Commentaire : la solubilité augmente si on acidifie le milieu. 4.5. CaF2 et BaF2 ont même stoechiometrie et puisque K's > Ks alors BaF2 est le plus soluble .
5. Production de l'acide fluorhydrique :
5.1. La variance 2V N r q?= - - + - = 4-1-0+2-4 , soit 1V= (système monovariant).
Si T est fixée (par exemple), la composition du système est parfaitement définie. 5.2.Le nombre de moles du gaz augmente, donc
30orSΔ > . 3
3502,25 47,7ln
o or rGSTT ∂ΔΔ = - = + -∂, positif []100 ,300C Cθ? ? ° °. 5.3.L'enthalpie :
33 33. 84.10 47,7.o oo
rrrH G T STΔ = Δ + Δ = - positive []100 ,300C Cθ? ? ° °, la réaction est endothermique. 5.4. Si on diminue la pression, l'équilibre se déplace dans le sens d'augmentation du nombre demoles du gaz , donc dans le sens direct. Si on diminue la température, l'équilibre se déplace
dans le sens exothermique , donc dans le sens inverse. Conclusion : La synthèse de HF à faible pression (et à hautes températures). 5.5.A partir de la relation
33ln 0o
rG RT KΔ + = , on trouve : K3 = 1,76 .1055.6. La conversion complète de la fluorine entraîne une rupture d'équilibre :
32( )2 4( )( )4( )2
2820 286000
405640 2820
K s l g sCaF H SOHF CaSO mol mol rienmolmol mol++⇀↽HFRTP nV= A.N : 1,9P bar=
Remarque : On peut montrer que l'équilibre est rompu en calculant l'avancement final, on trouve dans ce cas une valeur supérieur à l'avancement maximal(2820mol).Impossible !!! Concours National Commun -Session 2018-http://cpgemaroc.comConcours national commun 2018 Epreuve de chimie TSI
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6. Mesure de la constante de dissociation d'un complexe fluoré :
6.1. 23KdeFeFF F++-+⇀↽ : 3 2 dFe FKFeF
6.2.1.
6.2.2. Le rôle du pont salin : permet le passage du courant électrique dans la pile ( circulation des
ions) et assure la neutralité électrique des solutions.Remarque : si on remplace le pont par un fil conducteur, la pile ne peut pas débiter le courant électrique même si
la f.e.m est non nulle .6.2.3. Le premier bêcher : Fe3+ + 1e = Fe2+ :
3 120,06log1oFeE EFe
+ = + : A.N 10,77E V=.6.2.4.
Une mole de sel de Mohr apporte une mole de Fe
2+ : 2onFeV
Une mole d'Alun ferrique apporte une mole de Fe
2+ : 32 'onFeV
On trouve :
2321,0.10 /Fe Femol L++- = =
6.2.5.1. Le potentiel de l'électrode : E
2 = E1 - e = 0,52V.
6.2.5.2. On a :
3 2 20,06logolibreFeE EFe+
+ = + on trouve : 376,81.10 /libreFemol L+- =
6.2.5.3.
3222
722