Devoir de Sciences Physiques - Les sujets de Physique Chimie

Devoir de Sciences Physiques
Seconde 2
Date : samedi 8 janvier 2005
Durée : 2 heures
Les calculatrices sont autorisées
Les questions sont indépendantes
ETUDE DES ORGANOMAGNESIENS
Les organomagnésiens sont des composés chimiques découverts par le chimiste français Grignard qui reçu le prix Nobel
pour ses travaux.
I.
Eléments chimiques constituants les organomagnésiens.
Donner le nom des éléments chimiques qui constituent l’organomagnésien suivant : (CH3)2CHMgBr
II.
Structure des atomes constituants cet organomagnésien (CH3)2Mg
12
6C
Données :
1
1H
24
12 Mg
1. Donner le nombre de protons, de neutrons et d’électrons présents dans chaque atome constituant cet
organomagnésien.
2. Donner la structure électronique de chacun de ces atomes.
III.
Masse moléculaire d’un organomagnésien.
On veut déterminer la masse de l’organomagnésien suivant CH3MgI
abcd-
calculer la masse atomique de l’atome C
calculer la masse atomique de l’atome H
calculer la masse atomique de l’atome Mg
calculer la masse atomique de l’atome I
e- en déduire la masse moléculaire de CH3MgI
12
6C
Données :
1
1H
24
127
12 Mg
53 I
-27
mp ≈ mn = 1,67 × 10 kg
la masse des électrons sera supposée négligeable
IV.
Etude d’un des éléments essentiels des organomagnésiens : le magnésium
25
26
1. Qu’est-ce qui différencie ces trois atomes ? : 24
12 Mg
12 Mg 12 Mg ; Quel nom donne-t-on à ces atomes ?
2. L’ion magnésium résulte de la perte de deux électrons. Donner la structure électronique de l’ion
magnésium. Quelle sera sa formule chimique ?
3. Le magnésium peut s’associer lors de réactions chimiques à l’oxygène, on obtient un oxyde de
magnésium.
- Donner la représentation de Lewis de l’atome d’oxygène.
O:Z=8
-
Sachant que la représentation de Lewis du magnésium est
-
brute de l’oxyde de magnésium.
A quelle règle, obéit cette association ?
. .
Mg , en déduire la formule
4. Le magnésium peut s’associe également au chlore.
- donner la représentation de Lewis du chlore Cl : Z = 17
- Quelle est alors la formule brute du chlorure de magnésium ?
V.
Utilisation des organomagnésiens pur la synthèse d’alcools.
1. La synthèse de l’éthanol de formule semi-développée CH3-CH2-OH peut être effectuée à partir de
méthanal de formule brute H2CO et d’un organomagnésien de formule brute CH3MgBr.
1.1. Ecrire la formule développée de l’éthanol.
1.2. Ecrire la formule développée du méthanal.
2. La synthèse des acides carboxyliques peut être réalisée à partir de l’organomagnésien CH3MgBr et du
dioxyde de carbone de formule CO2.
2.1. Ecrire la formule développée du dioxyde de carbone.
2.2. Dessiner la molécule de dioxyde de carbone en utilisant les couleurs conventionnelles des modèles
moléculaires vus en TP.
3. La synthèse du propane de formule brute C3H8 peut être réalisée à partir de l’organomagnésien CH3MgBr
et de la molécule suivante CH3CH2Br.
3.1. Ecrire la formule développée du propane.
3.2. Dessiner la molécule de propane en utilisant la représentation de Cram.
3.3. On peut synthétiser par la même méthode, le butane de formule C4H10.
- Ecrire les formules semi-développées des deux isomères de cette molécule.
- Donner la définition des isomères.
VI.
Synthèse des organomagnésiens.
On a montré l’importance des organomagnésiens dans la synthèse de nombreux composés organiques.
Etudions maintenant, comment les synthétiser.
On peut synthétiser l’organomagnésien suivant C4H9MgBr à partir d’un composé de formule C4H9Br.
1. Ecrire les formules semi-développées des isomères de formule brute C4H9Br.
2. En fait, un seul de ses isomères est utilisé, il s’agit du 1-bromobutane. Entourez la formule de cet isomère
parmi celles que vous avez écrite au VII.1.
Indications : cet isomère ne possède pas de ramification et l’atome Br est lié au premier carbone.
VII.
Les organomagnésiens ont « l’esprit de famille » !
Les organomagnésiens ont pour formule général R-Mg-X avec X = Cl, Br ou I.
1. A quelle famille de la classification périodique appartiennent les trois éléments chimiques Cl, Br, et I ?
2. Décrire une expérience vue en TP montrant l’analogie de réaction de ses trois éléments sous forme
ionique avec l’ion Pb2+. Faire des dessins légendés.
3. Ecrire les trois équations-bilan de ces réactions.
FIN
Et non, pas de physique dans ce devoir !
Correction du devoir sur les organomagnésiens
I.
C : Carbone ; H : hydrogène ; Mg : magnésium ; Br : brome
II.
1.
12
6 C : 6 protons, 6 neutrons et 6 électrons.
1
1 H : 1 proton, 0 neutron et 1 électron
24
12 Mg : 12 protons, 12 neutrons et 12 électrons
12
6C
: K2L4
II.
2.
III.
Masse moléculaire
abcde-
IV.
1
1H
: K1
24
12 Mg
1,5
: K2L8M2
mC = 12mp = 12 × 1,67 × 10-27 = 2,00 × 10-26 kg
mH = mp = 1,67 × 10-27 kg
mMg = 24mp = 24 × 1,67 × 10-27 = 4,01 × 10-26 kg
mI = 127mp =127 × 1,67 × 10-27 = 2,12 × 10-25 kg
m = 2,00 × 10-26 + 3 × 1,67 × 10-27 + 4,01 × 10-26 + 2,12 × 10-25
m = 2,77 × 10-25 Kg
0,75
2,5
Le magnésium
1. Ces trois atomes n’ont pas le même nombre de nucléons (de neutrons).
Ce sont des isotopes.
2. Ion magnésium a perdu 2 électrons alors sa structure électronique est K2L8
et sa formule chimique Mg2+.
3. Représentation de Lewis de l’oxygène
Formule de l’oxyde de magnésium
MgO
Cette association obéit à la règle de l’octet.
4. Représentation de Lewis du chlore :
Formule brute du chlorure de magnésium
V.
1
1
1
1,5
1
MgCl2
Synthèse d’alcools.
1.1. Formule développée de l’éthanol
0,5
1.2. Formule développée du méthanal
0,5
2.1. Formule développée du dioxyde de carbone : O = C = O
0,5
2.2. Dessin de la molécule du CO2 :
oxygène : rouge et carbone : noir
0,5
3.1. Formule développée du propane :
0,5
3.2. Représentation de Cram du propane :
1
3.3. Formules semi-développées des isomères du butane :
isomère 1 :
isomère 2 :
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
1
CH3 – CH – CH3
CH3
Des isomères sont des molécules qui ont la même formule brute mais qui n’ont pas
la même formule semi-développée.
VI.
0,25
Synthèse des organomagnésiens.
1. Formules semi-développées des isomères de la molécule C4H9Br :
isomère 1 : CH3 – CH2 – CH2 – CH2Br
isomère 2 : CH3 – CHBr – CH2 – CH3
isomère 3 :
CH3 – CH – CH2Br
2
CH3
isomère 4 :
CH3 – CBr – CH3
CH3
2. Le 1-bromobutane est l’isomère 1 : CH3 – CH2 – CH2 – CH2Br
VII.
0,25
Esprit de famille.
1. Ils appartiennent à la famille des halogènes.
0,5
2. Expérience vue en TP :
On verse dans 3 tubes essais une solution d’ions chlorure (1),
d’ion bromure (2) et d’ions iodure (3).
On ajoute quelques gouttes d’une solution contenant des ions Plomb Pb2+.
1,5
Il se forme dans chaque cas un précipité jaune.
La couleur du précipité est plus soutenue pour l’iode que pour le chlore.
3. Equations-bilans :
Pb2+(aq) + 2 Cl-(aq) = PbCl2 (s)
Pb2+(aq) + 2 Br-(aq) = PbBr2 (s)
Pb2+(aq) + 2 I-(aq) = PbI2 (s)
0,75