Chimie - solutions, thermodynamique, cinétique et organique
Ce que l'épreuve teste
Selon la filière, la chimie apparaît dans une épreuve dédiée (BCPST) ou dans l'épreuve de physique-chimie (PC). Le concours teste la chimie des solutions (acide-base, oxydoréduction, précipitation, complexation), la thermodynamique et la cinétique chimiques, et la chimie organique : stéréochimie, mécanismes réactionnels, chimie des carbonylés, synthèses. Les questions exigent des calculs menés avec les bonnes approximations et des mécanismes écrits avec flèches, charges et stéréochimie.
Chimie des solutions : la méthode
- Écrire les réactions et leurs constantes avant tout calcul.
- Poser les approximations (acide faiblement dissocié, réaction quantitative, précipitation totale) et les vérifier à la fin : c'est ce contrôle qui rapporte les points.
- Équilibrer en milieu acide avec H⁺ et H₂O ; en milieu basique avec HO⁻ et H₂O.
Thermodynamique et cinétique
ΔG° = ΔH° − TΔS° et ΔG° = −RT ln K relient constante d'équilibre et données thermodynamiques ; une réaction est favorisée si ΔG < 0. En cinétique, l'ordre se détermine à partir des données expérimentales (temps de demi-réaction, méthode différentielle ou intégrale), et la loi d'Arrhenius k = A e^(−Ea/RT) donne l'effet de la température.
Exemple travaillé
pH d'une solution d'acide acétique à C = 0,10 mol/L, pKa = 4,75. L'acide est faible : pH ≈ ½(pKa − log C) = ½(4,75 + 1,00) = 2,88. Vérification de l'approximation « peu dissocié » : α = 10^(−pH)/C ≈ 1,3×10⁻³/0,10 ≈ 1,3 %, très inférieur à 10 %, l'approximation est valide. Sans cette vérification chiffrée, la réponse est incomplète et perd des points même si le pH est juste.
Pièges
- Écrire un mécanisme sans flèche de déplacement électronique ni charge formelle.
- Oublier la stéréochimie (R/S, E/Z) alors que la question la demande explicitement.
- Confondre ΔG et ΔG°, ou utiliser ΔG° hors des conditions standard.
- Négliger l'état physique et les conditions (solvant, température) dans un bilan de matière.