Quelques exercices pour vous entrainer pour les chapitres 11, 12 et 13

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1 Quelques exercices pour vous entrainer pour les chapitres 11, 12 et 13 Exercice : Comparaison des alcanes et alcools : 5,5 points environ 15 minutes 1. Ecrire la formule topologique des molécules suivantes : a. 3ethyl2methylhexane b. 3ethylcyclopentan1ol 2. Nommer les molécules suivantes : CH 3 C H 3 CH CH CH 2 CH 2 OH CH 2 CH 3 3. Attribuer à chaque molécule sa température d ébullition sous la pression de 1 bar en justifiant la réponse. Ethanol Propan1ol Méthane Ethane 161 C 89 C 78 C 97 C OH : a : b 1.a b 2. a. 3,4diméthylhexan1ol b. 3éthyl4méthylhexane 3. Plus la chaine carbonée est longue, plus les interactions de van der Waals sont : vdw fortes. Les températures de changement d état augmentent. En présence du : liaisons H groupement hydroxyle, les molécules peuvent établir des liaisons hydrogène qui font : classement encore augmenter ces températures. Ethanol Propan1ol Méthane Ethane 78 C 97 C 161 C 89 C TOTAL EXERCICE sur 5,5 points Exercice : alcanes et alcools : 4 points environ 5 minutes 1. Ecrire la formule topologique des molécules suivantes : a. 4méthylpentan2ol b. 3éthyl4méthylhexane 2. Nommer les molécules suivantes : : a : b 1.a b 2. a. 2,3diméthylpentan1ol b. 2,3diméthylpentane TOTAL EXERCICE sur 4 points

2 Exercice : Le propan 1ol : 4,5 points environ 10 minutes Le propan1ol est un alcool qui se forme en même temps que l éthanol lorsqu une fermentation ne se déroule pas correctement. Peu toxique, il est laissé dans des boissons comme le whisky. Dans d autres circonstances il est éliminé. 1. Donner la formule topologique du propan1ol 2. Représenter l alcool isomère du propan1ol. Nommer cet isomère. 3. Quel est le nom de l alcane qui possède autant d atomes de carbone? Possèdetil des isomères? 4. De cet alcane et du propan1ol, lequel possède la température d ébullition la plus basse? Justifier propan2ol 3. Propane Aucun isomère possible 4. En présence du groupement hydroxyle, les molécules d alcools peuvent établir des liaisons hydrogène qui font augmenter les températures de changement d état par rapport à l alcane comptant autant d autant d atomes de carbone. TOTAL EXERCICE sur 4,5 points Exercice : Oxydation des composés oxygénés : 11 points environ 30 minutes Données : Masse molaire de la molécule B : M = 180 g.mol 1 Masse molaire de la molécule d aldéhyde acétylsalicylque : M = 164 g.mol 1 Masse volumique de l aldéhyde acétylsalicylque : ρ = 1,17 g.ml 1 On réalise l'oxydation d'une quantité d un volume V = 10 ml d'aldéhyde acétylsalicylique C 9 H (voir écriture topologique cijointe) afin d'obtenir la molécule B de formule brute : C 9 H L'oxydation est réalisée par un volume V =100 ml d ions permanganate en solution avec une concentration effective [MnO 4 ] = 1,0 mol.l 1. La solution est acidifiée. En fin de réaction, le milieu est filtré sous pression réduite afin de recueillir la molécule B solide. 1. Repérer les groupes caractéristiques de la molécule d aldéhyde acétylsalicylique et nommer celui que vous connaissez. 2. Ecrire la molécule B obtenue en fin de réaction, en écriture topologique. 3. Ecrire les deux demiéquations correspondant aux couples MnO 4 /Mn 2+ et C 9 H / C 9 H Ecrire l équation de réaction de la transformation permettant d obtenir B à partir de C 9 H par oxydation avec l ion permanganate. 5. Réaliser un schéma légendé de la filtration Buchner. 6. Calculer la quantité de matière initiale d'aldéhyde acétylsalicylique. 7. Calculer la quantité initiale d'ion permanganate. 8. A l aide d un tableau d avancement, calculer la quantité de B maximale obtenue. 9. On obtient une masse m =1,24 g de B. Définir puis calculer le rendement de cette synthèse. Exercice : Oxydation des composés oxygénés groupement carbonyle (2 groupes) (carbonyle) MnO H + + 5e = Mn H 2 0 C 9 H H + + 2e = C 9 H H 2 0 MnO H + + 5e = Mn H 2 0 X2 C 9 H H + + 2e = C 9 H H 2 0 x 5

3 L équation finale est donc : 2 MnO H C 9 H 8 O H Mn H C 9 H H + Après simplification : 2 MnO H C 9 H 8 O 3 2 Mn H C 9 H Montage de filtration sur Buchner Quantité de matière initiale d'aldéhyde acétylsalicylique (relation) AN n 1 = m/m =ρv/m = 1,17x10/164 =7, mol Ion MnO 4 : n 2 = CV= x 1,0 = 1, mol (relation) AN Equation 2 MnO H C 9 H 8 O 3 2 Mn H C 9 H (tableau) EI n 2 Excès n 1 0 Solvant 0 EF n2 2x max Excès n 1 5x max 2x max Solvant 5x max 2 hypothèses Hyp : MnO 4 limitant : n 2 2x max = 0 Soit x max = n 2 /2 = 5, mol Hyp : C 9 H 8 O 3 limitant : n1 5x max = 0 Soit x max = n 1 /5 = 1, mol < 5, mol Donc C 9 H 8 O 3 limitant et MnO 4 est en excès A la fin de la réaction n B = 5x max = 5x n 1 /5 = n 1 = 7, mol Rendement = mexp/mthéo x 100 Calcul de la masse théorique : mb = n B x M = 7, x 180 = 1,28 g Rendement : 1,24/1,28x100 = 97 % def calcul m Calc rdt Résultats sans unité ou avec une unité incorrecte 0,5 Nombres de chiffres significatifs non respectés 0,5 TOTAL EXERCICE 2 sur 11 points Exercice : La vanille : 11,5 points environ 35 minutes L'arôme de vanille est présent dans de nombreuses préparations alimentaires et dans divers médicaments. Cet arôme est principalement dû à la vanilline (3), espèce chimique qu'il est possible d'extraire des gousses de vanille. Les extraits de vanille naturelle étant très chers, on utilise essentiellement de la vanilline de synthèse. Celleci peut être réalisée à partir de l'isoeugénol (2), espèce dérivée de l'eugénol (1). L'eugénol peutêtre extrait des clous de girofle ou des feuilles de laurier de Californie par hydrodistillation. La synthèse de la vanilline à partir de l'eugénol est schématisée cidessous : par chauffage en milieu basique l'eugénol est transformé en isoeugénol qui est ensuite oxydé en vanilline (θ f us = 82 C). Questions 1. a. Rappeler ce qu'est une hydrodistillation. b. Faire un schéma légendé d'un montage d'hydrodistillation. 2. a. L'eugénol (1) et l'isoeugénol (2) sontils isomères? b. L'isoeugénol présentetil l'isomérie Z / E? Si oui, l'isomère représenté estil l'isomère E ou l'isomère Z? c. L'eugénol atil plus ou moins de liaisons conjuguées que l'isoeugénol? 3. La synthèse de la vanilline à partir de l'eugénol est une hémisynthèse. Justifier. 4. Lors de l'oxydation de l'isoeugénol, effectuée à 15 C, il se forme également de l'éthanal (θ éb = 20 C). a. Quelle est la formule semidéveloppée de l'éthanal? b. Comment séparer la vanilline de l'éthanal en fin de synthèse? c. Faire un schéma légende du dispositif utilisé. 5. Quels groupes caractéristiques sont présents dans la vanilline? 6. a. Comment vérifier que la vanilline est un aldéhyde? b. Proposer deux techniques permettant de vérifier que le produit formé est la vanilline. 1. L hydrodistillation (porgramme 2nde) est un proceed permettant d extraire une molecule naturelle de son milieu. On plonge les feuilles de laurier ou les clous de girofle dans l eau. On fait chauffer. L eau s évapore et entraine avec elle les molecules odorantes, ici l eugénol. 1b.

4 2a. Les formules brutes de l eugénol et de l isoeugénol sont les mêmes. Par contre la succession des liaisons est différente. Les deux molécules sont isomères 2b. Les substituants sur chaque carbone de la double liaison C=C sont différents. Il y a donc isomérie Z/E. Dans l exemple, les plus gros substituants sont de part et d autres de la double liaison. Il s agit de l isomère E. 2c. L eugénol possède 3 doubles liaisons conguguées (doubles liaisons séparées par une seule liaisons simple). L isoéeugénol en possède La synthèse de la vanilline se fait à partir de l eugénol, qui st une molécule naturelle. Il s agit bien d une hémisynthèse. (def) (réponse) (def) (réponse) (def) (réponse) (def) 4. a. 4b. A température ambiante, l éthanal est liquide (voir gazeux) et la vanilline est solide. Il faut donc les séparer par filtration sous buchner pour gagner en efficacité et en rapidité. 4c. 5. La vanilline compte un groupement hydroxyle (alcool) et un groupement carbonyle (aldéhyde) 6a. Il faut mettre la vanilline avec un peu de liqueur de fehling et faire chauffer. S il y a formation d un précipité rouge, on vérifie la présence d un aldéhyde. 6b. Pour vérifier que l on a bien de la vanilline, on peut mesurer sa température de fusion (banc de Kofler) ou faire une chromatographie sur couche mince avec de la vanilline commerciale. TOTAL EXERCICE sur 11,5 points

5 Exercice : Pile zinc argent : 4,5 points environ 15 minutes La pile zinc argent est constituée de deux demi piles reliées par un pont salin. 1. D après les indications fournies par l ampèremètre, indiquer le sens de circulation du courant dans le circuit extérieur et la polarité des électrodes 2. En déduire le sens de déplacement des électrons. 3. Ecrire les demiéquations aux électrodes et attribuer le nom de cathode ou anode à chacune des électrodes. 4. En déduire l équation de fonctionnement de la pile. 5. Comment évolue la concentration en ion argent lorsque la pile fonctionne? Exercice : Pile zinc argent : L ampèremètre indique une valeur positive : le courant entre donc par sa borne ma. Le courant se déplaçant de la borne + à la borne, l électrode d argent est la borne positive et l électrode de zinc est la borne négative. Les électrons se déplacent en sens inverse du courant donc de l électrode de Zn à l électrode Ag. Les électrons quittent l électrode de Zn. Il y a donc, dans cette demipile, un réaction de perte d électron, une oxydation : Zn (s) = Zn 2+ (aq) + 2e Les électrons sont consommés sur l électrode d argent : Ag + (aq)+e =Ag (s) Le nombre d électrons échangés doit être le même pour les demi équations, il faut donc multiplier par deux la demiéquation du couple de l argent : 2Ag + (aq)+zn (s) 2Ag (s) + Zn 2+ (aq) Les ions argent sont consommés lors de la réaction, leur concentration diminue TOTAL EXERCICE sur 4,5 points (courant) (polarité) (demieq Zn) (demieq Ag) (sens) Exercice : Chimie : Réactions d oxydoréduction 10 minutes 2 points 1. Ecrire les demiéquations des 2 couples oxydantréducteur suivants : Ion peroxodisulfate S 2 O /ion sulfate SO 4 Ion nitrate NO 3 /monoxyde d azote NO 2. Si votre réponse est non, expliquez pourquoi. Si votre réponse est oui, écrivez l équation de la réaction. L ion peroxodisulfate peutil réagir sur : l ion nitrate? le monoxyde d azote? Correction : 1. S 2 O e 2 = 2 SO 4 NO H e = NO + 2 H 2 O 2 2. S 2 O 8 est un oxydant. Il ne peut donc régair qu avec un réducteur, donc avec NO selon la réaction d équation : 3 S 2 O NO + 4 H 2 O 6 SO NO H + Chimie : Oxydoréduction (4,5 points) Couples : I 2(aq) /I (aq) ; MnO 4 (aq)/mn 2+ (aq) ; H 2 O 2(aq) /H 2 O ; O 2(g) /H 2 O 2(aq) Expérience 1 : Dans un becher contenant de l eau oxygénée (H 2 O 2 ), on verse une solution acidifiée de permanganate de potassium (K +, MnO 4 ) : On observe la décoloration de la solution et un dégagement gazeux. Expérience 2 : Dans un becher contenant une solution d iodure de potassium, on verse de l eau oxygénée acidifiée : on observe l apparition d une couleur orangée. 1. Ecrire les équations des réactions d oxydoréduction qui ont eu lieu dans chaque becher. Justifier 2. Préciser, dans chaque cas, quel est le réducteur et l oxydant mis en jeu dans la réaction. Justifier 3. Que peuton remarquer concernant l eau oxygénée?

6 Becher 1 : MnO 4 (aq) + 8 H + (aq) + 5 e = Mn 2+ (aq) + 4 H 2 O (l) X2 H + (aq) + 2e + O 2 (g) = H 2 O 2 (aq) X5 Equation : Oxydant : MnO 4 (aq) / réducteur : H2O2(aq) 2 MnO 4 (aq) + 16 H + (aq) +5 H 2 O 2 (aq) 5 H + (aq) +5 O 2 (g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H 2 O (l) 2 MnO 4 (aq) + 11 H + (aq) +5 H 2 O 2 (aq) +5 O 2 (g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H 2 O (l) Becher 2 I 2 (aq)+ 2e= 2 I (aq) H 2 O 2 (aq) + 2H + (aq) + 2 e = 2 H 2 O(l) Equation : Oxydant : H 2 O 2 / réducteur : I H 2 O 2 (aq) + 2H + (aq) + 2 I (aq) I 2 (aq) + 2 H 2 O(l)