Olympiades Nationales de la Chimie

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1 Olympiades Nationales de la Chimie 00 Questionnaire : Corrigé Page 4 Page 3 6 Page 4 7 Page 5 4 Page 6 8 Page 7 5 Page 8 Page 9 Page 0 9 Page 8 Total 33 Dans le barème, l astérisque signifie «attribuer les points en tout ou rien».

2 ONC 00 Corrigé questionnaire Page /. L amidon.. Applications... Pour chaque produit provenant du maïs, cocher dans le tableau ci-dessous le type d industrie qui le concerne. polenta vin huile bourbon corn flakes colle beurre tourteaux acide succinique isosorbide polymères biodégradables semoulerie distillerie huilerie industries dérivées... Matériau biodégradable : matériau dégradable dans un milieu naturel produisant un résidu final de préférence non toxique pour l homme et l environnement. Il peut rentrer dans la composition d un compost sans en modifier les propriétés.... Attribuer à chaque produit sa durée de biodégradation en cochant la case correspondante du tableau. sac en papier sac en amidon de mais sac en plastique bouteille en plastique pelure d orange mégot de cigarette..3. Cocher la ou les cases correspondant aux constituants principaux des différentes parties extraites du grain de maïs. matières amidon lipides protéines cellulosiques germe drêches agglomérat..4. Amidon natif : amidon n ayant subi aucune transformation chimique ou physique. à 63 jours 60 à 80 jours 365 à 4380 jours 450 ans > 5000 ans 4 (-0,5 par erreur) (-0,5 par erreur) (-0,5 par erreur)..5. Mise en évidence de la présence d amidon dans une farine de maïs : ajout d une solution de diiode, apparition d une couleur bleue. Page : 4

3 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 3 /.. Structure de l amidon... Préparation du lait d amidon : on mélange de l amidon (en granules) et de l eau et on agite.... Gonflement au début du chauffage : les granules éclatent, l eau s introduit entre les chaînes d amylose et d amylopectine (des liaisons hydrogène se forment), les chaînes se déploient d où un gonflement...3. Phénomènes se produisant, à l échelle moléculaire, au-delà du pic : l agitation thermique détruit les liaisons hydrogène entre les chaînes qui se séparent en se liant à l eau...4. Identifier le polymère en cochant la case correspondante : Polymère de type I II amylose amylopectine Justification : les chaînes linéaires et plus courtes d amylose s entremêlent et se lient facilement les unes aux autres en emprisonnant de nombreuses molécules d eau, la viscosité est très importante. Les chaînes ramifiées et plus longues d amylopectine donnent chacune de petites pelotes mais ne s entremêlent pas entre elles et forment plus difficilement un réseau dense, la viscosité est moindre...5. Phénomène se produisant lors de la rétrogradation de l amidon : les liaisons hydrogène se reforment Formule semi-développée de l anhydride éthanoïque..6.. Compléter l équation de la réaction d acétylation : R OH + CH 3 CO O CO CH 3 + HO = CH 3 COO + CH 3 CO O R + H O La stabilisation par acétylation est due au remplacement des groupes OH par des O CO CH 3 qui ne donnent pas lieu à des liaisons hydrogène entre les chaînes Un amidon qui a subi un (ou plusieurs) traitement(s) physique(s), chimique(s) ou biologique(s) est nommé amidon modifié Catégorie de produits à laquelle appartient un amidon acétylé : additifs alimentaires. Page 3 : 6

4 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 4 /.3. Hydrolyse de l amidon.3.. Équation de la réaction d hydrolyse de l amidon en glucose : H [C 6 H 0 O 5 ] n OH + (n ) H O = n C 6 H O Enzyme : catalyseur biologique Équation de la réaction d hydrolyse de l amidon en maltose : H [C 6 H 0 O 5 ] n OH + (n ) H O = n C H O Fonction chimique mise en évidence : aldéhyde Équation de la réaction d hydrolyse du maltose en glucose : C H O + H O = C 6 H O 6.4. Dosage du glucose.4.. Formule semi-développée du glucose (sous sa forme linéaire) :.4.. Espèce chimique oxydante (entourer la bonne réponse) glucose ion gluconate Justification : R CHO + 3 HO = R COO + H O + e Le réducteur R CHO perd des électrons pour donner son oxydant conjugué (R COO ) Volume de solution S M pour obtenir 0,0 ml de solution de diiode à 3,0 mmol L : 0, 0 3, 0 V = = 7, 5 ml C M Paramètre du spectrophotomètre à préciser : longueur d onde Choix du paramètre : on trace un spectre d absorption donnant l absorbance en fonction de la longueur d onde, la longueur d onde choisie correspond au maximum de l absorbance. On peut aussi choisir la longueur d onde selon la couleur de la solution, la longueur d onde choisie correspond à la couleur complémentaire de la solution. Page 4 : 7

5 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 5 / A, 0, 6 A F =, 3, 0, 8 0, =,60 mmol L C F C / [mmol L ] Commentaire : les points sont alignés, la loi de Beer-Lambert est vérifiée A = k C où k est une constante Vérification de l excès de diiode : la solution est encore colorée en brun Détermination de la concentration en diiode C F dans la solution S F : on trace la droite d étalonnage A = f(c) sur le graphe, on détermine l abscisse de l intersection de la droite d étalonnage et de la droite d équation A =, 30, c est la concentration C F. On trouve C F =,60 mmol L Quantité de matière de diiode initialement présente dans la solution S F : n I ini = C I V I = 0,400 mmol Quantité de matière de glucose initialement présente dans la solution S F : n G = n I ini C F V F = 0,70 mmol Masse de glucose présente dans le volume V 0 =,00 L de la solution de départ S 0 : m G = n G V 0 M G V P = 4,3 g Page 5 : 4

6 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 6 /. L isosorbide.. Équation de la réaction correspondant à la transformation du glucose en sorbitol : R CHO + H = R CH OH... : liaison se dirigeant vers l arrière : liaison se dirigeant vers l avant... Formule de Lewis de l isosorbide :..3. Entourer les groupes fonctionnels et nommer la ou les fonction(s) de l isosorbide :..4. Formule brute de l isosorbide : C 6 H 0 O 4 Équation de la réaction de formation de l isosorbide à partir du sorbitol (utiliser les formules brutes) : C 6 H 4 O 6 = C 6 H 0 O 4 + H O Page 6 : 8

7 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 7 / 3. L acide succinique 3.. Passage du glucose à l acide succinique 3... Formule semi-développée de l acide succinique : 3... Masse d amidon : Quantité d acide succinique dans m a =,0 t : n a = m a,00 06 = = 8,5 0 3 mol M a 8 Quantité de glucose nécessaire : n g = n a 0, 85 =,0 04 mol Masse d amidon nécessaire : m amidon = n g n (6 M C + 0 M H + 5 M O ) ρ n =,8 0 3 kg =,8 t Masse de maïs : m maïs = m amidon 0, 70 =,6 0 3 kg =,6 t Intérêt du procédé : comme il produit moins de CO qu il en consomme, c est un procédé qui diminue l effet de serre Acide biosuccinique : acide succinique produit par un procédé biologique. 3.. Dosage de l acide succinique 3... Équations des réactions qui se produisent lorsqu on introduit de l acide succinique dans l eau et expressions, valables à l équilibre, des constantes d équilibre : 4 H A + H O = HA + H 3 O + K A = [HA ] [H 3 O + ] [H A] HA + H O = A + H 3 O + K A = [A ] [H 3 O + ] [HA ] 3... Comportement de l espèce HA : c est un ampholyte Justification : c est la base conjuguée de H A et l acide conjugué de A Page 7 : 5

8 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 8 / Domaines où les espèces sont majoritaires : [H A] K A = [H 3 O + ] [HA ] donc [H A] > [HA ] si [H 3 O + ] > K A, c est-à-dire si ph < pk A H A HA A 4, 5,6 ph Condition pour que HA soit à la fois dix fois plus concentré que le diacide H A et que la dibase A : ph > pk A + = 5, et ph < pk A = 4, 6 C est impossible, HA n a pas de domaine où il est ultramajoritaire Matériel et verrerie : ph-mètre, électrode de verre, électrode de référence (ou électrode combinée), burette graduée de 5 ml, becher, agitateur magnétique, barreau aimanté, pipette jaugée de 0,0 ml et propipette Réactions de dosage : H A + HO = HA + H O HA + HO = A + H O Un seul saut de ph car HA n a pas de domaine de prédominance (les pk A sont trop proches), donc le dosage de HA commence avant que celui de H A soit terminé. Les deux réactions de dosage sont quasi-simultanées. Équation de la réaction globale de dosage et valeur numérique de sa constante d équilibre : H A + HO = A + H O K = K A K A K e = 0 8, =,6 0 8 Conclusion : réaction quantitative pouvant donner lieu à un dosage Volume équivalent : V E = 0, 0 ml Concentration de l acide succinique : C A = C B V E = 0, 5 mol L V A Traitement informatique : tracer la dérivée, c est-à-dire, à partir des points de ( la courbe de coordonnées (V i, ph i ), tracer le graphe des points de coordonnées V i, ph ) i+ ph i. V i+ V i L équivalence correspond sensiblement au maximum de la courbe Valeur du ph à l équivalence est (entourer la réponse) acide basique neutre Justification : solution de la base A Indicateur coloré : phénolphtaléine Justification : ph à l équivalence est dans la zone de virage. 4 (-0,5 par erreur) + (*) (*) Page 8 :

9 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 9 / 4. Dérivés de l isosorbide et de l acide succinique 4.. Estérification 4... Formule générale de l ester E : 4... Fonctions chimiques mises en jeu pour obtenir l ester E : acide carboxylique et alcool. Équation de la réaction : (*) Caractéristiques de la réaction d estérification : réaction non totale conduisant à un équilibre, très faible influence de la température sur la position de l équilibre (réaction athermique), lente, peut être catalysée par un acide Choisir l intérêt (ou les intérêts) du chauffage : Entourer la (ou les) proposition(s) pertinente(s) obtenir un produit plus pur ; accélérer la réaction ; diminuer la quantité de matière des réactifs ; augmenter le rendement Moyen d augmenter le rendement : mettre en excès un des réactifs ou éliminer l eau ou l ester au fur et à mesure de sa formation Formule générique de l anhydride d acide à utiliser pour synthétiser l ester E : (-0,5 par erreur) Équation de la réaction : Intérêt : la réaction est rapide et totale. Page 9 :

10 ONC 00 Corrigé questionnaire Page 0 / 4.. Estérification de l isosorbide 4... Formule topologique plane du produit obtenu par réaction entre un acide gras en excès et l isosorbide : 4... Entourer les usages possibles d un tel produit : colle, plastifiant, vernis, peinture 4.3. Polymérisation entre l acide succinique et l isosorbide Nature de la réaction chimique mise en jeu : estérification. Famille de polymère à laquelle appartient le PIS : polyester Équation de la réaction de formation du PIS en explicitant la formule du polymère. 3 Motif du polymère : Page 0 : 9

11 ONC 00 Corrigé questionnaire Page / 4.4. Obtention et utilisation du butane-,4-diol Équation de la réaction correspondant à l hydrogénation de l acide succinique en butane-,4-diol : Méthode analytique pour montrer qu un mélange liquide contient plusieurs constituants chimiques : chromatographie sur couche mince Formule topologique d un monomère à faire réagir avec le butane-,4-diol pour obtenir le polybutylènetéréphtalate : ou ou un diester (synthèse par réaction de transestérification) Biodégradabilité des «polymères bio-sourcés» : ce n est pas parce qu un polymère est «bio-sourcé» qu il est biodégradable. «Bio-sourcé» : obtenu par transformation de produits naturels rapidement renouvelables. La dégradation d un polymère «bio-sourcé» peut conduire ou non à des produits toxiques pour l homme et l environnement. Page : 8