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  • 7/31/2019 Capes Chime

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    CAPESde Sciences physiques

    TOME2 - CHIMIE

    COURS ET EXERCICES

    StphaneBACH q FranoisBUETq GisleVOLET

    B E L I N8, rue Frou 75278 Paris cedex 06www.editions-belin.com

    B E L I N

    C h i m i e

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    dition

    http://www.editions-belin.com/http://www.editions-belin.com/
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    DANS LA COLLECTION BELIN SUP SCIENCES

    N.BILLY,J.DESBOIS, M.-A.DUVAL, M.ELIAS, P.MONCEAU,A.PLASZCZYNSKI, M.TOULMONDECAPES de Sciences physiques. Tome 1. Physique, cours et exercices

    S. AMIGONI, H. FENSTERBANKet A. GAUCHERChimie organique, cours

    C. COURILLONChimie organique, rappels de cours et exercices

    J. SMADJAAbrg de Chimie organique

    M. GUYMONTStructure de la matire, cours

    A. MAURELOptique ondulatoire, coursOptique gomtrique, cours

    A. MAUREL, J.-M. MALBECOptique gomtrique, rappels de cours et exercices

    A. MAUREL et G. BOUCHETOptique ondulatoire, rappels de cours et exercices

    J. BRUNEAUX, M. SAINT-JEAN et J. MATRICONlectrostatique et magntostatique, cours

    lectrostatique et magntostatique, rappels de cours et exercices

    DANS LA COLLECTION BELIN SUP HISTOIRE DES SCIENCESR. LEHOUCQ ETJ.-P. UZANLes constantes fondamentales

    O. DARRIGOLLes quations de Maxwell. De MacCullagh Lorentz

    A. BARBEROUSSELa mcanique statistique. De Clausius Gibbs

    M. BLAYLa science du mouvement. De Galile Lagrange

    Le code de la proprit intellectuelle nautorise que les copies ou reproductions strictement rserves lusage priv du copiste et non desti-nes une utilisation collective [article L. 122-5] ; il autorise galement les courtes citations effectues dans un but dexemple ou dillustra-tion. En revanche toute reprsentation ou reproduction intgrale ou partielle, sans le consentement de lauteur ou de ses ayants droit ouayants cause, est illicite [article L. 122-4].La loi 95-4 du 3 janvier 1994 a confi au C.F.C. (Centre franais de lexploitation du droit de copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006Paris), lexclusivit de la gestion du droit de reprographie. Toute photocopie duvres protges, excute sans son accord pralable, constitue

    une contrefaon sanctionne par les articles 425 et suivants du Code pnal. ditions Belin, 2004 ISSN 1158-3762 ISBN 2-7011-4108-7

    Photo de couverture CNRS photothque/F. Livolant.Schmas: Laurent Blondel/Cordoc

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    Avant-proposCet ouvrage a t labor lintention des tudiants prparant le concours du CAPES dePhysique et Chimie. Mais, par son contenu et sa conception, il sera galement trs utileaux candidats prparant lagrgation interne ou lagrgation externe de physique ainsiquaux tudiants des premiers cycles scientifiques universitaires (DEUG, IUT.. . )Parmi les nouvelles universits de lAcadmie de Versailles cres en 1991, lUniversitdvry-Val dEssonne a t la premire proposer aux tudiants, ds 1992, une prpa-ration au concours du CAPES de Physique et Chimie en collaboration avec lIUFM

    de lAcadmie de Versailles. Une jeune quipe, constitue denseignants de chimie delUniversit, de lIUFM et dagrgs de lenseignement secondaire, sest considrable-ment investie dans cette tche. Ce sont trois enseignants de cette quipe pdagogiquequi ont labor cet ouvrage, mettant profit onze annes dexprience concrtises pardexcellents rsultats au concours national du CAPES.Ce livre, fruit dune rflexion en interaction avec les ractions des tudiants de la prpara-tion dvry-Val dEssonne, couvre lensemble du programme du concours. Introduisantdabord les outils de bases (structure et proprits des atomes et liaison chimique), il entreensuite au cur de la chimie, science des transformations de la matire, en abordant

    successivement les aspects fondamentaux de la thermochimie et de la cintique, puis lesdivers quilibres chimiques, pour terminer par les synthses organiques et les applicationsindustrielles (ptrochimie, engrais, grandes synthses minrales, ...). Un dernier chapitreprsente les principales techniques de contrle et de caractrisation, indispensables poursuivre les transformations chimiques.Les auteurs ont choisi une prsentation claire et une pdagogie pragmatique adaptes lobjectif du concours. Des rsums de cours rappellent les notions essentielles etsont accompagns de nombreux exercices extraits des annales des concours de CAPESou dagrgation. Les exercices sont judicieusement accompagns de corrigs dtaills

    permettant ltudiant de sentraner pour le concours et de sauto-valuer.

    Pierre GarnierProfesseur de Chimie lUniversit dvry-Val dEssonne.

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    Sommaire

    Thme 1 : constitution et cohsion de la matire

    1. Atomistique (S. Bach) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    2. Classification priodique des lments. Priodicit des proprits (S. Bach) . 23

    3. La liaison chimique. Orbitales molculaires et hybridation (S. Bach) . . . . . . . 35

    4. Structures cristallines (S. Bach) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

    5. Les complexes des mtaux de transition (S. Bach) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

    Thme 2 : aspects nergtiques et cintiques des transformations de la matire

    6. Thermochimie (F. Buet/G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

    7. La cintique chimique (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

    Thme 3 : transformations chimiques de la matirePartie A : quilibres chimiques

    8. quilibres acides-bases (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

    9. Les ractions doxydorduction (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

    10. quilibres de complexation (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

    11. quilibres de prcipitation (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

    Partie B : synthses des composs organiques

    12. Les molcules organiques (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

    13. Les hydrocarbures (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505

    14. Les composs halogns (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

    15. Les composs oxygns (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577

    16. Les composs azots (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637

    17. Les polymres (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683

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    Thme 4 : aspects industriels et techniques des transformations de la matire

    18. Chimie industrielle (F. Buet/G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719

    19. Les outils de mesure et danalyse (G. Volet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747

    A. Nomenclature des composs inorganiques (F. Buet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785

    Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796

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    C h a p i t r e 1Atomistique

    lissue de ce chapitre, il sagit pour ltudiant de connatre les constituants delatome (protons, neutrons et lectrons) et le phnomne de la radioactivit. Il fautgalement savoir identifier les diffrentes orbitales atomiques, s, pet d en termesde nombres quantiques n, et m et appliquer la rgle de remplissage lectroniquede Klechkowski, le principe de Pauli et la rgle de Hund.

    1. tats et constituants de la matire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.1. lchelle macroscopique : les tats de la matire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.2. Du millimtre quelques angstrms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81.3. lchelle de langstrms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4. lchelle subatomique : lectrons, protons, neutrons .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    2. L e n o y au . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1. Cohsiondunoyau. nergie deliaison... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92 . 2 . L a r a d i o a c t i v i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0

    3. Les lectrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.1. Cas de latome dhydrogne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123.2. Orbitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3. Atomes polylectroniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15