Exos révision DS alcane-alcools-oxydation-redox
publicité
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. 3-ethyl-2-methylhexane b. 3-ethylcyclopentan-1-ol 2. Nommer les molécules suivantes : CH3 H 3C CH CH CH2 CH2 OH CH2 CH3 3. Attribuer à chaque molécule sa température d’ébullition sous la pression de 1 bar en justifiant la réponse. Ethanol Propan-1-ol Méthane Ethane -161 °C - 89 °C 78 °C 97 °C : a : b OH 1.a b 2. a. 3,4-diméthylhexan-1-ol b. 3-éthyl-4-méthylhexane 3. Plus la chaine carbonée est longue, plus les interactions de van der Waals sont fortes. Les températures de changement d’état augmentent. En présence du groupement hydroxyle, les molécules peuvent établir des liaisons hydrogène qui font encore augmenter ces températures. Ethanol Propan-1-ol Méthane Ethane 78 °C 97 °C -161 °C - 89 °C TOTAL EXERCICE sur 5,5 points : vdW : liaisons H : classement Exercice : alcanes et alcools : 4 points – environ 5 minutes 1. Ecrire la formule topologique des molécules suivantes : a. 4-méthylpentan-2-ol b. 3-éthyl-4-méthylhexane 2. Nommer les molécules suivantes : : a : b 1.a 2. a. 2,3-diméthylpentan-1-ol TOTAL EXERCICE sur 4 points b b. 2,3-diméthylpentane Exercice : Le propan- 1-ol : 4,5 points – environ 10 minutes Le propan-1-ol 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 propan-1-ol 2. Représenter l’alcool isomère du propan-1-ol. Nommer cet isomère. 3. Quel est le nom de l’alcane qui possède autant d’atomes de carbone ? Possède-t-il des isomères ? 4. De cet alcane et du propan-1-ol, lequel possède la température d’ébullition la plus basse ? Justifier. 1. 2. propan-2-ol 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 C9H803 (voir écriture topologique ci-jointe) afin d'obtenir la molécule B de formule brute : C9H804. L'oxydation est réalisée par un volume V’=100 mL d’ions permanganate en solution avec une concentration effective [MnO4-] = 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. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Repérer les groupes caractéristiques de la molécule d’aldéhyde acétylsalicylique et nommer celui que vous connaissez. Ecrire la molécule B obtenue en fin de réaction, en écriture topologique. Ecrire les deux demi-équations correspondant aux couples MnO 4-/Mn2+ et C9H804/ C9H803 Ecrire l’équation de réaction de la transformation permettant d’obtenir B à partir de C 9H803 par oxydation avec l’ion permanganate. Réaliser un schéma légendé de la filtration Buchner. Calculer la quantité de matière initiale d'aldéhyde acétylsalicylique. Calculer la quantité initiale d'ion permanganate. A l’aide d’un tableau d’avancement, calculer la quantité de B maximale obtenue. 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) MnO4- + 8 H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H20 C9H804 + 2H+ + 2e- = C9H803 + H20 MnO4- + 8 H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H20 X2 C9H804 + 2H+ + 2e- = C9H803 + H20 x 5 L’équation finale est donc : 2 MnO4- + 16 H+ + 5 C9H8O3 + 5 H20 → 2 Mn2+ + 8 H20 + 5 C9H804 + 10 H+ Après simplification : 2 MnO4- + 6 H+ + 5 C9H8O3 → 2 Mn2+ + 3 H20 + 5 C9H804 Montage de filtration sur Buchner Quantité de matière initiale d'aldéhyde acétylsalicylique n1 = m/M =ρV/M = 1,17x10/164 =7,1.10-3 mol Ion MnO4- : n2 = CV= 100.10-3 x 1,0 = 1,0.10-1 mol Equation 2 MnO4+ 6 H+ + 5 C9H8O3 → 2 Mn2+ + 3 H20 + 5 C9H804 EI n2 Excès n1 0 Solvant 0 EF n2 - 2xmax Excès n1 - 5xmax 2xmax Solvant 5xmax Hyp : MnO4- limitant : n2 - 2xmax = 0 Soit xmax = n2/2 = 5,0.10-2 mol Hyp : C9H8O3 limitant : n1 - 5xmax = 0 Soit xmax = n1/5 = 1,4.10-3 mol < 5,0.10-2 mol Donc C9H8O3 limitant et MnO4- est en excès A la fin de la réaction nB = 5xmax = 5x n1/5 = n1 = 7,1.10-3 mol Rendement = mexp/mthéo x 100 Calcul de la masse théorique : mB = nB x M = 7,1.10-3 x 180 = 1,28 g Rendement : 1,24/1,28x100 = 97 % Résultats sans unité ou avec une unité incorrecte Nombres de chiffres significatifs non respectés TOTAL EXERCICE 2 sur 11 points (relation) AN (relation) AN (tableau) 2 hypothèses def calcul m Calc rdt - 0,5 - 0,5 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. Celle-ci peut être réalisée à partir de l'isoeugénol (2), espèce dérivée de l'eugénol (1). L'eugénol peut-être 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 ci-dessous : par chauffage en milieu basique l'eugénol est transformé en isoeugénol qui est ensuite oxydé en vanilline (θf 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) sont-ils isomères ? b. L'isoeugénol présente-t-il l'isomérie Z / E ? Si oui, l'isomère représenté est-il l'isomère E ou l'isomère Z ? c. L'eugénol a-t-il 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 (θéb = 20 °C). a. Quelle est la formule semi-développée 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. 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 4. 3. 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 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 demi-équations 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 demi-pile, un réaction de perte d’électron, une oxydation : Zn(s) = Zn2+(aq) + 2eLes 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 demi-équation du couple de l’argent : 2Ag+(aq)+Zn(s) → 2Ag(s) + Zn2+(aq) Les ions argent sont consommés lors de la réaction, leur concentration diminue TOTAL EXERCICE sur 4,5 points (courant) (polarité) (demi-eq Zn) (demi-eq Ag) (sens) Exercice : Chimie : Réactions d’oxydo-réduction - 10 minutes - 2 points 1. Ecrire les demi-équations des 2 couples oxydant-réducteur suivants : Ion peroxodisulfate S2O82-/ion sulfate SO42Ion 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 peut-il réagir sur : - l’ion nitrate ? - le monoxyde d’azote ? Correction : 1. S2O82- + 2 e- = 2 SO42NO3- + 4 H+ + 3 e- = NO + 2 H2O 22. S2O8 est un oxydant. Il ne peut donc régair qu’avec un réducteur, donc avec NO selon la réaction d’équation : 3 S2O82- + 2 NO + 4 H2O → 6 SO42- + 2 NO3- + 8 H+ Chimie : Oxydo-réduction (4,5 points) Couples : I2(aq)/I-(aq) ; MnO4-(aq)/Mn2+(aq) ; H2O2(aq)/H2O ; O2(g)/H2O2(aq) Expérience 1 : Dans un becher contenant de l’eau oxygénée (H2O2), on verse une solution acidifiée de permanganate de potassium (K+, MnO4-) : 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 peut-on remarquer concernant l’eau oxygénée ? Becher 1 : MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) + 5 e- = Mn2+ (aq) + 4 H2O (l) X2 H+(aq) + 2e- + O2(g) = H2O2(aq) X5 Equation : Oxydant : MnO4- (aq) / réducteur : H2O2(aq) 2 MnO4- (aq) + 16 H+ (aq) +5 H2O2(aq) → 5 H+(aq) +5 O2(g) + 2 Mn2+ (aq) + 8 H2O (l) 2 MnO4- (aq) + 11 H+ (aq) +5 H2O2(aq) → +5 O2(g) + 2 Mn2+ (aq) + 8 H2O (l) Becher 2 I2(aq)+ 2e-= 2 I- (aq) H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2 e- = 2 H2O(l) Equation : Oxydant : H2O2 / réducteur : IH2O2(aq) + 2H+(aq) + 2 I- (aq) → I2(aq) + 2 H2O(l)
