Corrigé - Olympiades de chimie

NOM :
Prénom :
QUESTIONNAIRE SUR LE
THÈME DE LA BEAUTÉ.
Centre :
Académie de Nantes.
I. LES CHEVEUX
" Que je l'adore et qu'elle est blonde comme
les blés " Alfred de Musset (Qui j'ose aimer)
1) Parmi ces pièces de théâtre, laquelle n'a
pas été écrite par Musset ? (Cocher la case)
Les caprices de Marianne
On ne badine pas avec l'amour
Hernani
Lorenzaccio
x
2) La couleur naturelle des cheveux dépend
de la présence de pigments, les mélanines,
de leur abondance et de leur répartition.
Le produit de départ de la biosynthèse de la
mélanine est la thyrosine de formule cicontre :
a) Entourer et donner le nom des groupes fonctionnels présents.
OH : phénol, NH2 : amine, COOH : acide carboxylique.
b) Cette molécule possède un carbone asymétrique. Lequel ?
CH.
c) La présence de ce carbone entraîne l'existence de deux énantiomères. Notre sens
olfactif distingue l'énantiomère gauche de l'énantiomère droit. Pourquoi ?
Les récepteurs olfactifs sont stéréospécifiques.
d) Le prix Nobel de chimie 2001 a été attribué à des chercheurs sur l'énantiomérie. Dans
quelle ville est remis le prix Nobel ? (Souligner la bonne réponse)
Stockholm
Rome
Paris
New-York
Nobel en Lituanie
e) Le prix Nobel a été créé par : (Souligner la bonne réponse)
M. Nobel inventeur de la dynamite
M. Rockfeller industriel américain richissime
Napoléon en 1807
Albert Einstein en 1935
f) Le(s)quel(s) parmi ces scientifiques français n'a (ont) pas eu le prix Nobel ? (Souligner la
(les) bonne(s) réponse(s))
Marie Curie
Frédéric Joliot
Antoine Lavoisier
Georges Charpak
Yves Coppens
1
g) Laquelle des ces matières n'a pas de prix Nobel ? (Souligner la bonne réponse)
Physique
Mathématiques
Littérature
Economie
Médecine
h) A quoi servent les acides aminés dans l'organisme humain ?
Synthèse des protéines.
i)
Choisir parmi les réponses ci-dessous combien il y a d'acides aminés qui servent chez les
mammifères : (Souligner la bonne réponse)
10
20
50
100
1500
5000
3) La coloration dite oxydative est la seule qui permette une coloration notable et durable même
pour les cheveux blancs car le colorant se forme après avoir pénétré au cœur même de la tige
pilaire. L'oxydant utilisé est le peroxyde d'hydrogène H2O2 en milieu basique.
a) Écrire la demi-équation rédox du couple H2O2 / H2O en milieu basique. (Pour cela on
-
équilibre en milieu acide puis on ajoute le nombre d'ions HO nécessaires de chaque coté
+
-
de l'équation : H + HO = H2O)
H2O2 + 2 H2O + 2 e- = 2 H2O + 2 HO-
b) L'eau oxygénée est utilisée comme oxydant. Quel autre effet de l'eau oxygénée peut-on
avoir ?
Décolorant.
c) Quelle espèce chimique utilise-t-on pour rendre le milieu basique (alcalin) ?
Ammoniaque.
L'eau oxygénée va oxyder un précurseur du colorant qui n'étant pas trop gros a pu pénétrer dans
le cheveu, par exemple le paradiaminobenzène.
d) Écrire en milieu basique la demi-équation du couple :
A + 2 H2O + 2 e- = B + 2 HO-
para-di-iminoquinone
A
paradiaminobenzène
B
e) Écrire l'équation-bilan complète de l'eau oxygénée sur le précurseur.
B + H2O2 -> A + 2 H2O
La para-di-iminoquinone est très instable et va réagir avec une base de couplage présent dans le
milieu :
f) Quelle différence peut-on voir entre la base de couplage et
le précurseur ? Comment s'appellent de telles molécules ?
2
Isomères : para et méta.
Par une succession d'oxydations et de couplages, on aboutit à des molécules colorées du type
suivant :
g) Quelle est la formule brute de cette molé-cule ?
C18H18N6
h) Qu'est-ce qu'un groupe chromophore ?
Un groupement fonctionnel qui absorbe la lumière : C=C, C=N.
i)
Quel est le domaine des longueurs d'onde du visible ?
400 à 800 nm.
j)
Dans quel domaine de couleur du spectre visible cette molécule va-t-elle absorber ?
Jaune.
4) Égyptiens, Grecs, Hindous,…ont largement mis en œuvre des substances pour combattre la
canitie. L'éthanoate (ou acétate) de plomb était très répandu chez les Romains sans qu'ils en
connaissent les dangers !
a) Qu'est-ce que la canitie ?
Avoir les cheveux blancs.
b) Sachant que l'ion plomb est Pb
2+
, donner la formule de l'éthanoate de plomb ?
(CH3-COO)2Pb
c) Comment appelle-t-on la maladie due aux sels de plombs ?
Saturnisme.
5) En raison de la lente décomposition de l'eau oxygénée, la concentration des solutions
commerciales n'est pas connue avec précision. Il est donc nécessaire de les doser avant
utilisation. On dilue 20 fois une solution commerciale et on dose 10 mL de cette solution par du
-1
permanganate de potassium légèrement acidifié à 0,02 mol.L . L'équivalence est observée pour
8,6 mL.
-
2+
a) Écrire les demi-équations rédox des couple MnO4 / Mn
dosage.
et O2 / H2O2 puis l'équation de
MnO4- + 8 H+ + 5 e- = Mn2+ + 4 H2O
H2O2 = O2 + 2 H+ + 2 e5 H2O2 + 2 MnO4 + 6 H+ -> 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2
b) Comment repère-t-on l'équivalence ?
Apparition d’une coloration rose.
c) Déterminer la concentration de la solution diluée puis celle de la solution commerciale.
3
Solution diluée :
Solution commerciale :
0,043 mol.L-1
0,86 mol.L-1
II. LE PARFUM.
"Irritant au milieu des jasmins agaçants"
Paul Verlaine (Un dalhia)
1)
Parmi ces fleurs de nos jardins et de nos bois, deux ne
sont pas typiquement des fleurs de printemps, les
repérer par une croix :
Dahlia
x
Lilas
Tulipe
Glaïeul
x
Muguet
2) L'acétate de benzyle (ou éthanoate de phénylméthyle) est l'un des constituants odorants de
l'essence de jasmin. On peut le préparer par une réaction d'estérification :
CH3-COOH + C6H5-CH2OH = CH3-COO-CH2-C6H5 + H2O
Compléter l'équation bilan avec les formules semi-développées.
3) La réaction d'estérification-hydrolyse a pour constante de réaction K = 4. On part d'un
mélange équimolaire d'acide et d'alcool : 1 mol et 1 mol
4
a) Faire le bilan matière du système au
départ et définir le sens d'évolution du
système en comparant Qr i et K.
Qr i = O
Qr i < 4
Sens direct
b) Faire le bilan matière du système à
l'instant t pendant la transformation
(en faisant intervenir l'avancement de
réaction x).
n[ester] = n[eau] = x
n[acide] = n[alcool] = 1 – x
c) Faire le bilan matière du système à
l'équilibre (en faisant intervenir
l'avancement de réaction xfinal =
xequilibre).
n[ester] = n[eau] = xf
n[acide] = n[alcool] = 1 - xf
d) Faire le bilan matière du système en
n[ester] = n[eau] = 1
supposant que la réaction soit totale (en n[acide] = n[alcool] = 0
faisant intervenir l'avancement de
réaction xmaximal ).
e) Établir la relation entre K et
l'avancement à l'équilibre.
K = xf2 / (1-xf)2
f) Établir la relation entre K et τ (taux
d'avancement final d'une réaction ).
K = τ2 / (1-τ)2
g) En déduire la valeur de
τ.
τ = 0,66
4) Quelle caractéristique de la réaction a-t-on mis en évidence ? Réaction équilibrée.
5) Pourquoi et quel montage utilise-t-on pour synthétiser l'ester ?
Chauffage au reflux : montage C
6) Lors d'une synthèse de cet ester E, on a utilisé
30 mL de A, 20 mL de B et obtenu 12 g de E.
Calculer le rendement
-1
Masse molaire (g.mol ) :
C : 12
O : 16
Composé A (Acide) B (Alcool) E
-3
g.cm
1,049
1,042
1,056
H:1
Rendement = 41 %
5
7) Cependant, les esters ne sont employés que pour les parfums ou les eaux de toilette "bon
marché". La raison en est purement chimique : le groupe ester est peu stable vis à vis de la
transpiration (pH compris entre 4,5 et 7,5) et se dégrade en donnant l'acide carboxylique,
précurseur de l'ester, lequel n'a pas une odeur très agréable. Les parfums les plus chers sont
composés d'huiles essentielles, mélanges complexes souvent de plus de cent substances.
L'ionone, de formule C13H20O à l'état très dilué, a une odeur de violette, encore perceptible à la
4
3
concentration de 2.10 molécules par cm . Quelle est alors la masse d'ionone dans une salle de 40
3
m . Na = 6,02.10
23
mol
-1
m = 2,55.10-10 g.
EN ESPÉRANT QUE CES OLYMPIADES VOUS AURONS DONNÉ LE COUP DE FOUDRE POUR
LA CHIMIE !
6