Olympiades Nationales de la Chimie

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1 Olympiades Nationales de la Chimie 007 Questionnaire : Corrigé Page,5 Page 3 6,5 Page 4,0 Page 5 5,5 Page 6 5,5 Page 7 3,0 Page 8 6,5 Page 9 9,0 Page 0,0 Page,5 Page 6,5 Total 9,5

2 ONC 007 Corrigé questionnaire Page /. Les biocarburants.. L éthanol... Formule de Lewis :... Signification du mot «hydrolyse» : rupture d un composé chimique par l eau. Équation de la réaction : C H O + H O = C 6 H O 6 + C 6 H O Équation de la réaction de fermentation du glucose : C 6 H O 6 = C H 5 OH + CO..3.. Rôle chimique des levures : catalyseur ou initiateur de la réaction de fermentation Deux autres plantes utilisées pour la production d éthanol : canne à sucre, maïs, orge, bois, pomme de terre, riz,... 0, Utiliser des biocarburants revient à utiliser de l énergie solaire : Entourer la bonne réponse vrai faux Justification : Les plantes utilisent l énergie solaire, grâce à la photosynthèse, pour synthétiser le glucose. Sa fermentation donne de l éthanol dont la combustion produit de l énergie. 0, Mettre dans l ordre chronologique, en les numérotant de à 5, les verbes qui correspondent à des actions nécessaires pour passer de la betterave à l éthanol. Verbe hydrolyser distiller broyer fermenter presser Ordre Page :,5

3 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 3 / Masse de saccharose : m S = m r e τ = 7, kg Quantité de saccharose : n S = m S =, mol M S Quantité d éthanol : n E = 4 n S r f = 6, mol Masse d éthanol : m E = n E M E = 3, kg Volume d éthanol : V = m E = 3, 90 m 3 ρ E 3 0, , 5 Fluide F F F3 F4 État physique g l g l..5. Classement des fractions d éthanol dans les fluides : x F = x F < x F 3 = x F Conséquence : on ne peut pas séparer complètement l eau et l éthanol lors de la distillation. Fluide(s) contenant 96 % en volume d éthanol : F3 et F Éthanol anhydre sinon démixtion lors du mélange avec des hydrocarbures, l eau et les hydrocarbures ne sont pas miscibles Rôle du tamis : le tamis contient des zéolithes sur lesquelles les molécules d eau sont adsorbées. Régénération du tamis : sous pression réduite, l eau est désorbée (libérée)...7. Pays où la plupart des véhicules roulent à l éthanol : Brésil Explication : grande production de canne à sucre et de maïs...8. Signification de E85 : carburant contenant 85 % d éthanol. Page 3 : 6,5

4 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 4 /..9.. Concentration maximale en éthanol : C max = 5 ρ E 00 M E = 8, 59 0 mol L..9.. Équations des réactions électroniques : Cr O H e = Cr H O C H 5 OH + H O = CH 3 COOH + 4 H e Équation de la réaction : Cr O C H 5 OH + 6 H + = 3 CH 3 COOH + 4 Cr 3+ + H O Acidification du milieu : ions H + du côté des réactifs dans l équation de la réaction Compléter les cadres de la figure ci-dessous : 8 0, Décoloration pour voir le virage du vert (avant l équivalence) à l orange (excès d ions dichromate). Page 4 :,0

5 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 5 / Concentration en éthanol de l essence analysée : C = 3 C T V E V P = 0, 690 mol L Concentration inférieure à la concentration maximale autorisée, le carburant est conforme à la législation. 3 0, Équation de la réaction de combustion de l éthanol : C H 5 OH + 3 O = CO + 3 H O..0.. Énergie libérée par la combustion de l éthanol : E = 3 E O O + 5 E C H + E C C + E C O + E O H 4 E C O 6 E O H E =, kj mol La combustion LIBÈRE, kj mol, c est-à-dire, kj par mole d éthanol Pouvoir calorifique inférieur de l éthanol PCI : P CI éthanol = E = 3, 0 0 MJ kg M E Masse m d éthanol : m = m P essence P éthanol =, 45 kg Entourer la distance, en km, qu aurait parcouru un véhicule fonctionnant à l éthanol : Pouvoir calorifique supérieur de l éthanol PCS : P CS éthanol = P CI éthanol + 3 L vap = 3, 85 0 MJ kg Page 5 : 5,5

6 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 6 /.. Le biodiesel... Origine du mot Diester R : Di pour Diesel et ester : pour ester... Famille des huiles végétales : lipides... Formule semi-développée du propane-,,3-triol :..3.. Compléter l équation de la réaction : 3 0, Milieu anhydre pour éviter la réaction d hydrolyse des esters. Page 6 : 5,5

7 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 7 / Équation de la réaction parasite éventuelle : Nom de la réaction : saponification Entourer les constituants chimiques restant dans le mélange réactionnel : éthanol trioléate de glycéryle acide méthanoïque glycérol méthanol eau oléate de méthyle Quantité de trioléate de glycéryle dans la masse m : n T = m M T =, mol Quantité d ester méthylique : n EM = 3 n T = 3, mol Masse d ester méthylique : m EM = n EM M EM =, kg 4 0, 5 0, 5 par erreur Quantité de matière de méthanol : n M = n EM = 3, mol Excès de méthanol pour déplacer l équilibre de transestérification en faveur de l ester méthylique Rendement de la réaction : r = ρ EM V m EM = 0, 657 = 65, 7 % Page 7 : 3,0

8 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 8 / On n utilise pas directement l huile de colza car : sa viscosité est trop grande ; autoinflammtion l indice de cétane du monoester est très proche de celui du diesel «ordinaire», ce qui n est pas le cas de l huile ; l huile de colza n est pas assez volatile Usage du résidu végétal : aliment du bétail Équation de la réaction : ICl + I = I + Cl..4.. Équation de la réaction de titrage entre le diiode et les ions thiosulfate : I + S O 3 = I + S 4 O Quantité de matière de diiode formée dans l échantillon B : n BI Quantité de matière de ICl introduite dans l échantillon B : n BI = n BICl = C S V EB =, mol = C S V EB, Quantité de ICl en excès dans l échantillon A : n AICl = C S V EA = 0, mol Quantité de ICl fixée sur les doubles liaisons C C : n = n BICl n AICl = 0, mol Masse de diiode : m I = M I n = 0, 9 g Indice d iode de l huile : m I 00 m = 9, 5 Page 8 : 6,5

9 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 9 /. Les piles à combustibles.. La pile dihydrogène - dioxygène... Équations des réactions ayant lieu aux électrodes : O + H + + e = H O H = H + + e... Équation de fonctionnement de la pile : O + H = H O...3. Porteur de charge dans les fils métalliques : électrons...4. Porteur de charge dans l électrolyte : ions H Compléter le schéma de la feuille réponse en indiquant les pôles, le sens de circulation du courant, ainsi que le sens de circulation des porteurs de charge à l extérieur et à l intérieur de la pile. 4 0, Réactif combustible : H...7. Autre type de réactif : comburant Page 9 : 9,0

10 ONC 007 Corrigé questionnaire Page 0 /...8. Rôle du platine ou du ruthénium : catalyseur...9. Réactif limitant : H. Justification : le dioxygène provient de l air et a donc un coût nul. On est certain qu il soit en excès Pollution sur le lieu d utilisation : pas de pollution, seule de l eau est rejetée.... Volume de dihydrogène : V = m R T M P = 37 m3... Réduction de l encombrement : liquéfaction du dihydrogène, augmentation de la pression, fixation de H sur un solide Équation des réactions se produisant au cours du reformage : CH 4 (g) + H O(g) = CO(g) + 3 H (g) CO(g) + H O(g) = CO (g) + H (g) Quantité de dihydrogène obtenue : n = 4 n = 4 mol Deux autres gaz à effet de serre : méthane CH 4, protoxyde d azote N O et eau H O Page 0 :,0

11 ONC 007 Corrigé questionnaire Page / Équation des demi-équations électroniques aux électrodes : Cl = Cl (g) + e H O + e = HO + H (g) Équation de fonctionnement : Cl + H O = Cl (g) + H (g) + HO Nom de l électrode de gauche sur le schéma : anode, il s y produit une oxydation Nom de l électrode de droite sur le schéma : cathode, il s y produit une réduction Compléter les cases par la formule de l espèce en jeu : 9 0, Composé valorisable : solution aqueuse d hydroxyde de sodium (soude) Masse de dihydrogène produit : m H = m Cl M Cl M H = 8 kg Page :,5

12 ONC 007 Corrigé questionnaire Page /.. La pile méthanol - dioxygène... Formule du méthanol : CH 3 OH 0,5 Famille chimique : alcool 0, 5 Groupe caractéristique : hydroxyle... Équation de la demi-réaction faisant intervenir le méthanol : CH 3 OH + H O = CO + 6 H e... Équation de fonctionnement de la pile : CH 3 OH + 3 O = H O + CO...3. Pollution directe sur le lieu d utilisation : si le méthanol est entièrement consommé, rejet de H O, considéré comme non polluant, et de CO qui participe à l effet de serre Entourer la réponse correcte : jour 8 jours 30 jours 50 jours Durée d utilisation : t = 6 F ρ V I M CH3 OH = 4, s = 50 jours Page : 6,5