Olympiades de chimie 2006-2007 : Chimie, Transport et

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Académie de Rennes
Olympiades de chimie 2006-2007 :
Chimie, Transport et Développement Durable
Concours régional Durée 2h45
NOM :
Prénom :
Lycée : Classe :
NB : Le sujet s’inspire des différents TP et de la Conférence. Les questions sont indépendantes.
Les réponses (pas de calculs sur la copie) doivent exclusivement être données dans les emplacements prévus à
cet effet sans trop de développements.
Les calculatrices sont autorisées.
1ère partie : Les Biocarburants
UN BIOCARBURANT : LE DIESTER
« Diester est la contraction des mots Diesel et ester. Il est produit à partir de l’huile
de colza, résultant de la trituration des graines de ce végétal. L’huile […] subit une
transestérification par action du méthanol ; cette transformation peut être
schématisée de la façon suivante : le trilinoléate de glycéryle de l’huile réagit avec le
méthanol, il se forme du Diester et du glycérol.
Les caractéristiques du Diester (qui est en fait un monoester méthylique) sont très
proches de celles du gazole, de sorte qu’il peut être utilisé dans les voitures de
tourisme mélangé au gazole à hauteur de 5% et jusqu’à 50% dans les moteurs plus
puissants.
L’ester d’huile de colza (ou Diester) est plus respectueux de l’environnement que le
gazole seul, puisqu’il émet sensiblement moins de fumée et ne contient pratiquement
pas de soufre.
Le dioxyde de carbone rejeté lors de la combustion des biocarburants correspond à
la quantité absorbée lors de la croissance des végétaux. Il n’augmente donc pas
l’effet de serre. De plus, la présence d’oxygène dans les molécules de biocarburant
améliore leur combustion et diminue le nombre des particules dues aux
hydrocarbures imbrûlés, ainsi que le monoxyde de carbone.
Cependant, une utilisation irraisonnée d’engrais entraînant une pollution des sols et
des eaux peut contrebalancer le bilan écologique positif lié à la combustion des
biocarburants.
Mais le principal obstacle à sa généralisation est son coût qui ne peut le rendre
compétitif sans subvention. » D’après site Web : www.hespul.org/biocarburant.html.

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Données :
Méthanol
Trilinoléate de glycéryle
(huile de colza) Diester
Formule brute CH4O C57H98O6 C19H34O2
Formule semi-
développée CH3 – OH
Masse volumique à
25°C en g.cm-3 0,79 0,82 0,89
Masse molaire en
g.mol-1 32 878 294
Indice de viscosité 98 7
NB : l’indice de viscosité du carburant diesel (le gazole) utilisé en France est de 5.
1. Le Diester, un ester utilisé comme carburant (12 points)
On admettra que l’huile de colza est constituée uniquement de trilinoléate de glycéryle, ce
dernier étant le triester du glycérol et de l’acide linoléique.
La transformation industrielle du trilinoléate de glycéryle en Diester est réalisée en le
faisant réagir, à chaud et en présence d’ions hydroxyde (qui catalysent la réaction) avec
du méthanol. Equation de réaction :
C57H98O6 + 3 CH3OH = C3H8O3 + 3 C19H34O2
trilinoléate de glycéryle méthanol glycérol Diester
1.1. Recopier la molécule de trilinoléate de glycéryle et nommer les fonctions
chimiques caractéristiques de cette molécule (1,5 points)
3 fonctions esters
1.2. Expliquer pourquoi un moteur de voiture diesel classique ne peut pas
fonctionner avec de l’huile de colza (1,5 points)
La viscosité de l’huile de colza est trop importante
O
O
O
H2C
HC
H2C
O
O
O
C
C
C
C17H31
C17H31
C17H31
O
C17H31 CH3 C O

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1.3. En déduire le rôle de la trans-estérification (1,5 points)
La transestérification permet de produire du diester de viscosité proche de celle du gazole
1.4. On veut synthétiser le Diester à partir d’un litre d’huile de colza en respectant
les proportions stoechiométriques indiquées par l’équation.
1.4.1. Déterminer la quantité de matière de trilinoléate de glycéryle contenue
dans un litre d’huile de colza (1 point)
n(huile) = ρV/M = 0.821x 1000/878 = 0.93mol
1.4.2. Donner les caractéristiques de cette transformation sachant qu’elle est
similaire à une réaction d’estérification classique (1,5 point)
Elle est équilibrée (donc non totale) ; lente et athermique
1.4.3. Le rendement de cette réaction n’est que de 50%.
Calculer la quantité de matière de diester obtenue.
En déduire la masse de diester (1 point)
Pour 100% : n (diester)= 3 n(huile) = 2.8mol => pour 50% : n(diester) = 1.4mol
m(diester) = n(diester) * M(diester) = 411g
1.5. Citer les avantages et les inconvénients de ce biocarburant (2 points)
Au moins un de chaque :
Avantages : carburant d’origine végétale ; « énergies renouvelables » (obtenus à partir de la
biomasse) ; …..
Inconvénients : nécessite une production agricole avec besoin en engrais, en pesticides … ;
nécessite une transestérification, très coûteuse en énergie…
1.6. Citer un biocarburant solide et un biocarburant gazeux (2 points)
solide : paille , charbon, betterave…
gaz : H2, CH4, gazogène

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2. Contrôle d’alcoolémie (5 points)
Environ 1/2 heure après avoir été consommé, l'alcool parvient dans l'intestin grêle où il passe dans le
sang. Le cœur propulse le sang veineux vers les poumons pour qu'il s’y
oxygène. Dans les alvéoles
pulmonaires, les échanges gazeux s'effectuent: le sang se charge en dioxygène et se libère du
dioxyde de carbone ainsi que d'une partie de l'alcool. Ces vapeurs sont expirées dans l'air. L'air
alvéolaire est environ 2000 fois moins concentré en alcool que le sang.
Dans les stations services ou en pharmacie, on peut acheter des alcootests jetables. Ils sont
constitués d'un sachet gonflable de capacité 1L et d'un tube en verre contenant des cristaux
jaunes de dichromate de potassium en milieu acide. Ceux-ci se colorent en vert au contact
de l'alcool. L'automobiliste souffle dans le ballon et fait passer l'air à travers le tube. Si la
coloration verte dépasse le trait témoin sur le tube, le seuil toléré des 0,5g.L-1 est dépassé.
Données : couples : CH3COOH/CH3CH2OH et Cr2O72- / Cr3
+
2.1 Ecrire l'équation de la réaction responsable du changement de couleur (2 points)
2 fois { Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- = 2 Cr3+ + 7 H2O }
3 fois { CH3-CH2OH +H2O = CH3-COOH + 4 e- + 4H+}
2 Cr2O72- + 16 H3O+ + 3 CH3-CH2OH = 4 Cr3++ 27 H2O + 3 CH3-COOH
2.2 Quelle est l'espèce oxydée? Quelle est l'espèce réduite? (1 point)
L’alcool est oxydé et le dichromate est réduit
2.3
Déterminer la quantité (mol) d'alcool expiré par litre d'air dans l'hypothèse d'une
alcoolémie de 0,5 g d'alcool par litre de sang. M(éthanol) = 46 g.mol-1 ) (1 point)
Csang = n/V = 0,5/46/1= 0,0109 mol/L donc cair = 5,45.10-6 mol/L soit n = 5,45.10-6 mol
2.4 En déduire la masse de dichromate de potassium devant être placée avant le trait de
jauge afin que celui-ci indique le seuil limite des 0,5g d'alcool par litre de sang. (1 point)
M(K2Cr2O7) = 294 g.mol-1
D’après l’équation on a :
n(alcool)/3 = n(Cr2O72-)/2 soit n(Cr2O72-) = 3,63.10-6 mol et m = 1,07mg
3. Fermentation et degré alcoolique (3 points)
3.1 Le whisky est obtenu par fermentation de céréales : écrire l’équation bilan de la réaction
de fermentation alcoolique au départ du glucose (C6H12O6), en milieu anaérobie et en
présence de levures (1 point) :
C6H12O6 = 2CH3-CH2OH +2 CO2

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3.2 La concentration en éthanol dans une boisson est indiquée en pourcentage volumique.
Ainsi, dans un litre de whisky à 40 % d'alcool, par exemple, il y a 0,4 litre d'alcool pur et 0,6
litre d’eau. Calculer le pourcentage massique et le pourcentage molaire d’éthanol dans le
whisky ; (2 points)
ρalcool=0,788 kg.L-1 ρeau=1,000 kg.L-1 - masses molaires : Malcool= 46 g.mol-1 Meau=18 g.mol-1
Le plus simple est de raisonner sur un échantillon d’un litre
V alcool = 400 mL et Veau = 600mL
meau = 600g et malcool= 315,2 donc les % en masse sont 34,4% (alcool) et 65,6% (eau)
n(alcool) = 315.2/46 = 6.85 et n(eau) = 33.33 soit 83,0% d’eau et 17,0% d’alcool en moles
2ème partie : Le PET (20 points)
A- Questions sur le développement
durable (6 points)
Cocher la bonne réponse x
1- Quelle est l'énergie renouvelable la plus utilisée dans le monde par l’homme ?
Le solaire L’hydroélectricité X L’éolien
2- Quelle est la part d'eau douce disponible sur Terre ?
3% X 12% 24%
3- Quelle est la 1ère cause de mortalité au monde ?
la faim l'eau contaminée X le sida
4- Quelle est la filière de recyclage la plus développée en France ?
celle du papier celle du plastique celle du verre X
5- Combien de tonnes de bois économise-t-on en recyclant 1 tonne de papier ?
2 tonnes X 4 tonnes 6 tonnes
6- En France la production d'ordures ménagères par personne et par jour est de ?
1 kg X 2 kg 3 kg
7- Dans la masse totale des déchets, les matières plastiques représentent ?
12% X 15% 18%
8- Quel est le pourcentage des matières plastiques recyclées dans le gisement potentiel ?
15% X 20% 25%
9- Les Scientifiques évaluent les émissions de gaz à effet de serre que nous rejetons
aujourd'hui dans l'atmosphère à ?
14 milliards de t. 28 milliards de t. X 35 milliards de t.