Mines Chimie PSI 2026

A2026 ­ CHIMIE PSI

ÉCOLE NATIONALE DES PONTS et CHAUSSÉES,
ISAE-SUPAERO, ENSTA,
TÉLÉCOM PARIS, MINES PARIS - PSL,
MINES SAINT-ÉTIENNE, MINES NANCY,
IMT ATLANTIQUE, ENSAE PARIS,
CHIMIE PARISTECH - PSL.
Concours Mines-Télécom,
Concours Centrale-Supélec (Cycle International).

CONCOURS 2026

ÉPREUVE DE CHIMIE
Durée de l'épreuve : 1 heure 30 minutes
L'usage de la calculatrice ou de tout dispositif électronique est interdit.

Les candidats sont priés de mentionner de façon apparente
sur la première page de la copie :
CHIMIE - PSI

L'énoncé de cette épreuve comporte 6 pages de texte.

Si, au cours de l'épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur 
d'énoncé, il le
signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des 
initiatives qu'il est
amené à prendre.

.
Les sujets sont la propriété du GIP CCMP. Ils sont publiés sous les termes de 
la licence
Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de 
Modification 3.0 France.
Tout autre usage est soumis à une autorisation préalable du Concours commun 
Mines-Ponts.

La chimie et le traitement des eaux
Les données utiles à la résolution du problème et les approximations de calcul 
sont fournies à la fin de l'énoncé
(page 6).
Ce sujet propose d'aborder certaines approches utilisées pour la dépollution 
des eaux usées et comporte deux
parties indépendantes.

Traitement des eaux par le procédé électro-Fenton
Aujourd'hui, les ressources en eau douce sont atteintes par la pollution avec 
la présence de pesticides,
de sous-produits industriels, de produits pharmaceutiques, etc.... Une approche 
pour la décontamination
des eaux polluées consiste à utiliser des procédés d'oxydation de ces 
polluants. Parmi ces procédés, le
1
·
mélange Fe2+
(aq) et H2 O2 (aq) , appelé réactif de Fenton, permet de générer des radicaux 
hydroxyle HO ,
une espèce fortement oxydante. En milieu aqueux, ces radicaux hydroxyle oxydent 
les polluants
organiques jusqu'à minéralisation totale. Dans le procédé électro-Fenton, les 
deux réactifs de la réaction
de Fenton, Fe2+
(aq) et H2 O2 (aq) , sont produits in situ par électrochimie (Figure 1 et 
Figure 2). Pour cela, il
faut avoir saturé la solution à traiter par le dioxygène de l'air, et y 
introduire une quantité catalytique
3+
d'ions Fe2+
(aq) ou Fe(aq) .
Électrode A

Électrode B

2 H+ + 1/2 O2

O2 + 2 H+
Fe3+

- 2 e­

+ 2 e­
+ e­

H2O2
+
Fe2+
H+

H 2O

Fe3+ + H2O + HO·

Flèches :

Diffusion

Réaction

Figure 1. Schéma de production électrochimique des radicaux hydroxyle.2
Cathode

Feutre de carbone

Plaque de graphite

Anode

Agitateur
magnétique

Figure 2. Dispositif « électro-Fenton » à compléter.
1
2

H. J. F. Fenton, J. Chem. Soc. 1894, 65, 8234.
M. A. Oturan, N. Oturan, J.-J. Aaron, L'Actualité Chimique 2004, 277-278, 57.

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Q1- Le dichlore Cl2 peut aussi être utilisé pour traiter des eaux polluées. Qui 
du dichlore ou des
radicaux hydroxyle est le plus oxydant ? Justifier.
Q2- Identifier l'anode et la cathode parmi les électrodes A et B (Figure 1). 
Justifier.
Q3- Recopier et compléter le dispositif électro-Fenton (Figure 2) en ajoutant 
un générateur et un
ampèremètre, destiné à mesurer l'intensité délivrée par le générateur. Indiquer 
les polarités du
générateur et préciser le sens de déplacement des électrons.
Afin de déterminer la différence de potentiel à appliquer entre les deux 
électrodes, un montage est réalisé
permettant de tracer la courbe intensité-potentiel d'une solution aqueuse 
contenant du dioxygène dissous
ainsi que des ions Fe2+
(aq) sur support carbone/graphite (Figure 3). Dans les conditions de 
l'expérience le
système O2 /H2 O2 est lent (surpotentiel cathodique de ­0,5 V environ) de même 
que le système O2 /H2 O
(surpotentiel anodique de +0,5 V environ). En revanche, le système Fe3+ /Fe2+ 
sur support carbone peut
être considéré comme un système rapide.
i (mA)

E (V)

Figure 3. Courbe intensité-potentiel.
Q4- Schématiser le montage permettant de tracer la courbe intensité-potentiel 
(Figure 3). Préciser
le nom de chaque électrode (la composition exacte de chaque électrode n'est pas 
attendue).
Q5- Reproduire la courbe intensité-potentiel (Figure 3) en indiquant, sur les 
portions de courbe
correspondantes, l'équation de la réaction électrochimique qui a lieu.
Q6- Donner une estimation de la tension minimale à appliquer entre les deux 
électrodes (Figure 2)
pour former H2 O2 (aq) à la cathode et O2 (g) à l'anode. Justifier.
Dans le but de visualiser le processus de dégradation des micropolluants 
organiques en laboratoire, nous
allons nous intéresser à la dégradation d'un colorant organique, le bleu de 
méthylène noté BM, par les
radicaux hydroxyle, selon l'équation :
·
BM(aq) + HO(aq)

Produits de dégradation incolores

Le protocole opératoire de la dégradation du bleu de méthylène est le suivant :
Dans un bécher sont introduits 170 mL d'une solution aqueuse de bleu de 
méthylène de concentration
0,050 mmol·L­1 dont le pH a été ajusté à une valeur de 2 avec quelques gouttes 
d'acide sulfurique, 10
mL de solution aqueuse de sel de Mohr de concentration 4,5·10­3 mol·L­1 en ions 
Fe2+
(aq) dont le pH a été

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ajusté à une valeur de 2 avec quelques gouttes d'acide sulfurique et 2,9 g de 
sulfate de sodium
décahydraté % &  10% .
La plaque de graphite et le feutre de carbone sont introduits dans le bécher et 
reliés correctement au
générateur. Le générateur est mis en service et réglé de telle façon que 
l'intensité i soit de 60 mA. À
l'aide d'une pipette pasteur, un petit volume de solution est prélevé 
régulièrement enfin d'en mesurer
l'absorbance (le spectrophotomètre a été réglé au préalable). L'expérience est 
arrêtée au bout de 10
minutes.
Le sel de Mohr utilisé dans le protocole est un solide ionique hydraté de 
formule
+
(NH4 )2 Fe(SO4 )2 6H2 O(s) contenant des ions Fe2+ mais aussi des ions sulfate 
SO2­
4 et ammonium NH4 .
Il se dissocie totalement dans l'eau.
Q7- Déterminer le nombre d'électrons de valence du soufre S, de l'oxygène O et 
de l'azote N.
Q8- Écrire le schéma de Lewis des ions sulfate, ammonium et de la molécule de 
peroxyde
d'hydrogène H2 O2 .
Le diagramme potentiel-pH (E-pH) du fer en solution aqueuse a été déterminé en 
se limitant aux espèces
2+
Fe3+
(aq) , Fe(aq) , Fe(OH)2 (s) , Fe(OH)3 (s) et Fe(s) (Figure 4).
1,5
A
1,0

E (V)

B
0,5

0,0

C

­0,5

D
E

­1,0

0

2

4

6

pH

8

10

12

14

Figure 4. Diagramme potentiel-pH du fer en solution aqueuse.
Q9- Associer à chaque domaine A, B, C, D et E du diagramme potentiel-pH du fer 
(Figure 4),
l'espèce chimique correspondante. Justifier en calculant notamment le nombre 
d'oxydation de
l'élément fer dans chaque espèce chimique.
Q10À l'aide du protocole opératoire de la dégradation du bleu de méthylène 
(page 2),
calculer la concentration initiale ' en ions Fe2+
(aq) présents dans la solution contenue dans le bécher.
Q11Calculer le pH de début de précipitation des ions fer(III) d'une solution de 
concentration
(
' = 1,0·10­4 mol·L­1 en ion fer(III). Cela est-il cohérent avec les conditions 
de pH dans lesquelles
est réalisée l'expérience ?
Les résultats de l'expérience de dégradation du bleu de méthylène (page 2) sont 
récapitulés dans le
tableau ci-après (Tableau 1). Dans les conditions de l'expérience, la vitesse 
de la réaction de dégradation

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du bleu de méthylène, qui ne dépend que de la concentration en bleu de 
méthylène, peut être modélisée
par une loi de vitesse d'ordre 1 en bleu de méthylène et de constante de 
vitesse k.
Tableau 1. Absorbance en fonction du temps de la dégradation du bleu de 
méthylène.

t (s)

0

90

120

180

240

300

360

480

600

A

1,873

1,455

1,348

1,151

0,993

0,863

0,745

0,598

0,495

Q12À quelle longueur d'onde est-il conseillé de régler le spectrophotomètre (on 
considèrera
que le bleu de méthylène BM est la seule espèce colorée du milieu) ? Justifier.
Q13-

À partir du tableau (Tableau 1), estimer le temps de demi-réaction du processus.

Q14-

Énoncer la loi de Beer-Lambert dont on explicitera les termes et les unités.

Q15Établir la relation entre l'absorbance A de la solution à un instant t, 
l'absorbance initiale
A0 de la solution, le temps t et la constante de vitesse k.
Pour vérifier l'ordre 1 de la réaction et déterminer la constante de vitesse k, 
la courbe ln(A) = f(t) a été
tracée (Figure 5).
0,8
0,6
0,4

y = ­2,23·10­3x + 0,563

lnA

0,2
0,0
­0,2
­0,4
­0,6
­0,8
­1,0

0

200

400
t (s)

600

800

Figure 5. Modélisation par une fonction affine de la courbe ln(A) = f(t).
Q16L'allure de la courbe ln(A) = f(t) (Figure 5) justifie-t-elle l'ordre 1 de 
la réaction ?
Déterminer la valeur de la constante de vitesse k de la réaction.
Q17-

Déterminer la durée nécessaire pour éliminer 99 % du bleu de méthylène.

La plaque de graphite du dispositif « électro-Fenton » (Figure 2) pourrait être 
remplacée par du platine.
Le platine cristallise selon une structure cubique à faces centrées.
Q18Représenter la maille conventionnelle de cette structure. Préciser la 
coordinence d'un
atome et le nombre d'atomes par maille.
Q19-

Calculer le paramètre de maille a de cette structure.

Q20-

Calculer sa masse volumique.

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Traitement des eaux par des procédés biologiques
Une autre approche de dépollution des eaux usées est l'utilisation de bactéries 
hétérotrophes pour
dégrader les polluants. Une bactérie hétérotrophe est une bactérie qui ne peut 
pas produire sa propre
nourriture et qui doit consommer des composés organiques (modélisés dans cette 
partie par l'éthanol)
pour se nourrir et survivre. En milieu aérobie, ces bactéries utilisent le 
dioxygène présent dans l'eau
comme oxydant des composés organiques. Si le milieu est dépourvu de dioxygène 
ce sont les ions nitrate
qui sont utilisés comme oxydant, ce qui permet l'élimination de ces ions dans 
l'eau traitée.
Traitement des eaux en milieu aérobie
Q21Écrire l'équation de la réaction entre l'éthanol C2 H6 O(aq) et le dioxygène 
O2 (aq) qui
conduit à la formation d'eau liquide et de dioxyde de carbone gazeux (on 
choisira un nombre
stoechiométrique égal à 1 pour C2 H6 O(aq) ).
Q22Calculer l'enthalpie libre standard ) ° de la réaction à 298 K en utilisant 
les grandeurs
thermodynamiques fournies. En déduire la valeur de la constante d'équilibre * ° 
de cette réaction
à 298 K (la valeur de * ° sera donnée sous la forme d'une puissance de dix). 
Conclure.
Traitement des eaux en milieu anaérobie (dépourvu d'oxygène)
Q23Déterminer le nombre d'oxydation de l'azote dans l'ion nitrate NO­3 .
Q24Écrire la demi-équation électronique du couple NO­3 (aq) /N2 (g) . En 
déduire l'expression
de son potentiel de Nernst noté * en fonction des concentrations et des 
pressions partielles.
Q25Écrire la demi-équation électronique du couple CO2 (g) /C2 H6 O(aq) . En 
déduire
l'expression de son potentiel de Nernst noté % .
Q26Écrire l'équation de la réaction entre l'éthanol et les ions nitrate. En 
utilisant les
grandeurs fournies, calculer la constante d'équilibre % ° de cette réaction. 
Conclure.

Fin de l'épreuve

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Annexes
Annexe 1. Constantes usuelles et approximations de calculs.
Constante d'Avogadro : -  6·1023 mol­1.
Constante des gaz parfaits   8 J·K­1·mol­1.
./

On considèrera :2  10/7  1,4 ;  × ln x  0,06 × log x en V à 298 K ; ln (10)  
2,3.
Annexe 2. Données atomiques.
Rayon d'un atome de platine : R(Pt)  140 pm ; Masse molaire du platine : M(Pt)  
200 g·mol­1
(valeurs arrondies pour les calculs).
Dans la classification périodique, l'azote est situé dans la 2ème ligne et dans 
la 15ème colonne, l'oxygène
est situé dans la 2ème ligne et la 16ème colonne et le soufre est juste en 
dessous de l'oxygène.
Annexe 3. Potentiels standard d'oxydoréduction à 25 °C.
°(HO·/H2 O) = 2,80 V ; °(Cl2 /Cl­ ) = 1,36 V ; °(O2 /H2 O2 ) = 0,69 V ; en 
milieu acide sulfurique
°(Fe3+ /Fe2+ ) = 0,68 V ; °(O2 /H2 O) = 1,23 V ; °(H+ /H2 ) = 0,00 V ; °(CO2 
/C2 H6 O) = ­0,33 V ;
°(NO­3 /N2 ) = 1,25 V.
Annexe 4. Produits de solubilité et autres à 25 °C.
Fe(OH)3 : pKS = 38 ;
Fe(OH)2 : pKS = 15 ;
pKe = 14.
Annexe 5. Données thermodynamiques arrondies à 298 K (considérées indépendantes 
de la
température).
Espèce

C2 H6 O(aq)

H2 O()

O2 (aq)

CO2 (g)

2 ° (kJ·mol­1)

­300

­300

­10

­400

3 ° (J·mol­1·K­1)

150

50

100

200

Annexe 6. Spectre d'absorption du bleu de méthylène.
2,00
1,80
1,60

Absorbance

1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
500 525 550 575 600 625 650 675 700 725 750

 (nm)

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