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Cours de Chimie TS.Cinétique chimique 4.1.4.3 : Facteurs cinétiques 3ème partie : catalyse

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Découvrez ce qui fait qu'une réaction arrive par la collision des atomes et des molécules. Concevoir des expériences avec des réactions, des concentrations et températures différentes. Quand des réactions réversibles sont-elles réversibles? Qu'est ce qui affecte le taux d'une réaction?

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[Physique Chimie Tle spé] ~ Loi de vitesse d'ordre 1

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PCCL - Physique - Chimie - Collège - Lycée

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FACTEUR CINÉTIQUE : TEMPÉRATURE. Vitesse réaction chimique Temps de ½ réaction TERMINALE Spé. PC BAC

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PCCL - Physique - Chimie - Collège - Lycée

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FACTEUR CINÉTIQUE : CONCENTRATION et Vitesse de Réaction. Temps de ½ réaction. TERMINALE Spé. PC BAC

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images
Réaction chronomètre à l'iode - scienceamusante.net

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RESUME

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synthese-du-2-methylpropan-2-ol                              centres étrangers 2022

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synthese-du-2-methylpropan-2-ol                              centres étrangers 2022

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Centres étrangers 2 2022 jour 2 Titrage avec suivi conductimétrique, Loi de Kohlrausch, cinétique chimique, loi de vitesse d'ordre 1. Correction disponible. Correction audio par B.LACHAUD.

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���import csv
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from scipy.integrate import odeint
from math import log

# donn��es exp��rimentales: suivi temporelle de [B] d une r��action A -> B
""" Notation simplifi��e: [A] = [H2O2] ; [B] = [I2] """
source = open( 'suiviCinetique.csv', 'r')

t,B = [],[]

reader = csv.reader(source,delimiter=';')

liste_tB= list( zip(*reader) )  #renvoie une liste de tuples: (t,B): [B](t)
t= [ float( liste_tB[0][i].replace(',','.') ) for i in range(1, len(liste_tB[0])-1) ]
B= [ float( liste_tB[1][i].replace(',','.') ) for i in range(1, len(liste_tB[1])-1) ]


print("t(s)", t)
print("[B](mmol/L)", B)
nbx=len(t)
print("nombre de Points=", nbx)

#concentration en r��actif [A]
A=[]
A0=......               """Code �� compl��ter avec la valeur de [A] �� t = 0 """
for i in range(0,len(t)):
    Ai=...........      """Code �� compl��ter pour calculer la valeur de [A](t) """
                        """en fonction de [A](0) et [B](t)   """
    A.append(Ai)        #   compl��te la liste


##vitesse volumique
vitesse = []
for i in range(0,len(t)-1):
    vitessei = ..........         """Code �� compl��ter  pour calculer v(t) = d[B]/dt (t)  """
    vitesse.append(vitessei)      #   compl��te la liste

# Suppression des derni��res valeurs des tableaux �� cause du calcul de la vitesse qui s'arr��te �� l'avant dernier point
t = np.delete(t,-1)
A = np.delete(A,-1)
B = np.delete(B,-1)

# mod��lisation: d[B]/dt = kx[A]
coeff_model=np.polyfit(A,vitesse,1)   # renvoie un array avec les coefficients du polyn��me du 1er degr��
vitmod= coeff_model[0]*A  # calcul des valeurs mod��lis��es de d[B]/dt d'apr��s les coeff du polyn��me


## trac�� des graphes
##premiere figure: ��volution temporelle de la concentrations [B]
plt.grid() #fait apparaitre la grille du graphe
plt.plot(t,B,'r',label='[B]') # ��volution temporelle des concentrations [B]
plt.legend(loc=5) #place la l��gende au milieu �� droite
plt.axis([0,1200,0,1.4]) # valeurs min et max pour les axes des abscisses et des ordonn��es
plt.xlabel('temps en s')
plt.ylabel('concentrations en mmol/L')
plt.title('Evolution temporelle de [B] pour une r��action A->B')
plt.show()

##deuxi��mes figure: ��volution temporelle de la vitesse volumique d'apparition de B: d[B]/dt
plt.grid() #fait apparaitre la grille du graphe
plt.plot(t,vitesse,'b+',label='d[B]/dt') # ��volution temporelle vitesse d'apparition de B: d[B]/dt
plt.legend(loc=5) #place la l��gende au milieu �� droite
plt.axis([0,1200,0,0.005]) # valeurs min et max pour les axes des abscisses et des ordonn��es
plt.xlabel('temps en s')
plt.ylabel('vitesse volumique en mmol/L.s-1')
plt.title('Evolution vitesse d apparition de B pour une r��action A->B ')
plt.show()



##troisi��me figure: test cin��tique d ordre 1: d[B]/dt = kx[A]
plt.grid() #fait apparaitre la grille du graphe
plt.plot(A,vitesse,'g+',label=' d[B]/dt')
                                                            """ Ligne de code �� cr��er pour afficher la courbe mod��lis��e"""
                                                            """ en vert avec l'expression du mod��le en label """
plt.legend(loc=5) #place la l��gende au milieu �� droite
plt.axis([0,1.4,0,0.005]) # valeurs min et max pour les axes des abscisses et des ordonn��es
plt.xlabel('[A] en mmol/L')
plt.ylabel('d[B]/dt en mmol/L.s-1')
plt.title('R��gression lin��aire correspondant �� une cin��tique dordre 1')
plt.show()


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Métropole septembre 2021 jour 2 Exercice A L'encre et son effaceur Dosage par étalonnage, Loi de Beer Lambert, Cinétique chimique. Correction disponible.

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Florence RAFFIN la physique chimie au lycée

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👩‍🔬 VITESSE VOLUMIQUE DE RÉACTION | Exercice BAC |  chimie

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Florence RAFFIN la physique chimie au lycée

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👩‍🔬 LOI DE VITESSE ORDRE 1 - Exercice BAC - chimie - terminale

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Quizz de révision BAC Vitesse d'une réaction chimique Terminale Spécialité Physique Chimie

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Evolution du sucre dans une boisson gazeuse_centres étrangers 2021

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Evolution du sucre dans une boisson gazeuse_centres étrangers 2021

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Bac Centres étrangers 2021 Sujet 2
Exercice A - (5 points) - au choix du candidat - Durée 0h53 - Calculatrice autorisée
Sujet n° 21-PYCJ2G11
: évolution temporelle d'un système, loi de vitesse.
Les sodas sont des solutions acides constituées principalement d'eau, de dioxyde de carbone et de saccharose dissous.

Lors de leur fabrication, les industriels indiquent sur l'emballage une date de durabilité minimale (DDM). Après cette date, le produit pourrait ne plus correspondre aux standards de qualité. Pour un soda, la DDM est généralement de 3 mois.

Un soda acheté depuis longtemps est moins " riche en bulles " mais ce n'est pas la seule altération constatable.

En effet, le saccharose subit, en milieu acide, une hydrolyse qui est une transformation totale conduisant à la formation de deux autres sucres, le glucose et le fructose, modélisée par la réaction d'équation :

saccharose S glucose fructose

Le mélange de glucose et de fructose a un pouvoir sucrant différent de celui du saccharose d'où une modification de la saveur sucrée de la boisson.

La problématique de cet exercice est de déterminer le pourcentage de saccharose restant dans la boisson lorsque la DDM est atteinte.

On réalise en laboratoire la réaction d'hydrolyse du saccharose à une température constante de 20°C et dans une solution tampon fixant le pH à 2,5.

On effectue un suivi de la réaction par une méthode physique pour déterminer la concentration en saccharose, notée [S]. L'évolution temporelle de la concentration en saccharose est représentée en figure 1 (page 8/16).

1. Proposer une justification de l'utilisation d'une solution tampon de pH inférieur à 7 pour réaliser cette expérience.

2. Expliquer pourquoi les mesures effectuées ne permettent pas de répondre directement à la problématique.

Pour pouvoir estimer le pourcentage de saccharose restant lorsque la DDM est atteinte, on souhaite modéliser l'évolution temporelle de sa concentration [S]. On émet l'hypothèse que cette évolution suit une loi de vitesse d'ordre 1 et on souhaite vérifier cette hypothèse.

3. Définir la vitesse volumique v de disparition du saccharose.

4. Expliquer comment obtenir une estimation de la valeur de la vitesse volumique de disparition du saccharose à un instant t donné à partir des mesures réalisées.

L'explication peut être illustrée par la réalisation de cette estimation pour une date au choix du candidat.

5. Dans le cas d'une loi de vitesse d'ordre 1, rappeler la relation existant entre la vitesse volumique de disparition v du saccharose, la concentration en saccharose [S] et une constante de vitesse notée 𝑘.

Sur le graphique de la figure 2 (page 9/16), l'évolution de la vitesse volumique v de disparition du saccharose est représentée en fonction de la concentration en saccharose [S].

6. Discuter de l'accord des mesures avec une loi de vitesse d'ordre 1.

7. Montrer que la constante de vitesse 𝑘 a une valeur de l'ordre de 7,3 ⋅ 10 −4 h −1.

L'évolution de la concentration en saccharose s'écrit : [S] = [S] ₀ e −𝑘𝑡

[S] ₀ désigne la concentration initiale en saccharose.

8. Rappeler la définition du temps de demi-réaction noté t 1/2 et montrer que, pour cette loi d'évolution, le temps de demi-réaction a la propriété d'être indépendant de la concentration initiale en saccharose.

9. Déterminer la valeur du temps de demi-réaction dans les conditions de l'expérience. Expliquer la démarche suivie.

10. Estimer le pourcentage de saccharose restant dans le soda lorsque la DDM de 3 mois est atteinte.
Le candidat est invité à présenter sa démarche même si elle n'est pas complètement aboutie.

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Evolution du sucre dans une boisson gazeuse

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Evolution du sucre dans une boisson gazeuse physik.fr

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L’eau oxygénée d’une solution hydroalcoolique_Bac Asie 2021

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L’eau oxygénée d’une solution hydroalcoolique_Bac Asie 2021

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Bac Asie 2021 Sujet 1
Exercice C - (5 points) - au choix du candidat - Durée 0h53 - Calculatrice autorisée
Sujet n° 21-PYCJ1JA1
: réaction d'oxydo-réduction, titrage, évolution temporelle d'un système chimique.
Les solutions hydroalcooliques sont préconisées pour éliminer les bactéries et les virus notamment lors d'épidémies telles que la grippe.

Pour fabriquer une solution hydroalcoolique, il faut de l'alcool, une solution d'eau oxygénée contenant du peroxyde d'hydrogène et du glycérol. L'eau oxygénée doit avoir un pourcentage en masse de peroxyde d'hydrogène au moins égale à 3,0 %.

Toutefois, le peroxyde d'hydrogène H2O2, contenu dans la solution d'eau oxygénée du flacon, est une espèce chimique instable qui se décompose en formant du dioxygène et de l'eau, ce qui entraîne une diminution progressive de la concentration en peroxyde d'hydrogène de la solution d'eau oxygénée.

L'étude porte sur l'analyse de la composition de la solution contenue dans une bouteille d'eau oxygénée stockée dans une armoire à pharmacie depuis une date indéterminée. L'objectif est de déterminer si elle est encore utilisable pour réaliser une solution hydroalcoolique et, si oui, pendant combien de temps encore.

A cette fin :

On réalise le titrage du peroxyde d'hydrogène contenu dans la bouteille d'eau oxygénée de l'armoire à pharmacie (document 1).

On analyse l'évolution de la concentration en peroxyde d'hydrogène dans une solution d'eau oxygénée selon les conditions de conservation (document 2).

Document 1. Titrage de l'eau oxygénée de l'armoire à pharmacie
Principe du titrage :

Ce titrage fait intervenir une transformation modélisée par une réaction d'oxydoréduction entre le peroxyde d'hydrogène H ₂O ₂ et l'ion permanganate MnO ₄⁻ . Toutes les espèces sont incolores sauf l'ion permanganate qui est de couleur rose violacée en solution aqueuse.

L'équation de la réaction support du titrage est :

Protocole du titrage :

(a) Prélever, à l'aide d'une pipette jaugée, un volume 𝑉 𝑖 = 5,0 mL de la solution d'eau oxygénée commerciale S et les verser dans une fiole jaugée de volume 𝑉 f = 100,0 mL. Compléter avec de l'eau distillée en veillant à homogénéiser. Soit S′ la solution obtenue.

(b) Prélever un volume 𝑉 ₁ = 10,0 mL de la solution S' et le verser dans un bécher.

(c) Ajouter dans ce bécher quelques gouttes d'acide sulfurique concentré. Mettre en route l'agitation.

(d) Procéder au titrage, avec comme solution titrante une solution de permanganate de potassium de concentration 𝐶 ₂ = 2,0 × 10 −2 mol ⋅ L −1.

Résultat du titrage :

Le volume équivalent obtenu est 𝑉 𝐸 = 8,9 mL.
Document 2. Evolution de la concentration du peroxyde d'hydrogène dans l'eau oxygénée en fonction des conditions de conservation

Condition A : conservation à basse température (5°C) et à l'abri de la lumière.

Condition B : conservation à température ambiante (25°C) et à l'abri de la lumière.

Condition C : conservation à température ambiante (25°C) et exposée à la lumière.

Données à 25 °C :

Une solution de pourcentage massique égal à 𝑥 % signifie que 100 g de cette solution contient 𝑥 g de la substance active.

Masse volumique d'une solution d'eau oxygénée à 3,0 % : 960 g ⋅ L−1.

Masse molaire moléculaire du peroxyde d'hydrogène : 𝑀(H2O2) = 34,0 g ⋅ mol−1.

Questions préliminaires
1. En analysant les tracés correspondant aux conditions de conservation A, B et C, préciser les facteurs d'influence de la conservation de l'eau oxygénée et les conditions optimales de conservation.

2. Vérifier que la concentration molaire minimale en peroxyde d'hydrogène dans l'eau oxygénée utilisée pour la préparation d'une solution hydroalcoolique est de 0,85 mol⋅L −1.

3. Déterminer la concentration en peroxyde d'hydrogène dans la solution contenue dans la bouteille de l'armoire à pharmacie.
Réponse à la problématique :
La bouteille d'eau oxygénée de l'armoire à pharmacie est conservée à température ambiante et à l'abri de la lumière.

4. Les conditions restant inchangées, montrer qu'il reste moins de dix jours pour utiliser la solution commerciale d'eau oxygénée de l'armoire à pharmacie pour préparer une solution hydroalcoolique.
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.

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L'eau oxygénée d'une solution hydroalcoolique

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L'eau oxygénée d'une solution hydroalcoolique physik.fr

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L’acide lactique et le lactate d’éthyle    Bac Amérique du nord 2021 Sujet 1

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L’acide lactique et le lactate d’éthyle    Bac Amérique du nord 2021 Sujet 1

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Bac Amérique du nord 2021 Sujet 1
Exercice A - (5 points) - au choix du candidat - Durée 0h53 - Calculatrice autorisée
Sujet n° 21-PYCJ1AN1
Mots clés: familles fonctionnelles ; couple acide-base ; facteurs cinétiques ; vitesse volumique d'apparition d'un produit ; incertitude-type. Données
L'acide lactique, obtenu par fermentation du glucose par exemple, est à la base de nombreux dérivés utilisés dans l'industrie, proposant ainsi une alternative à la pétrochimie.

L'un de ces dérivés, le lactate d'éthyle, est un ester ; il est utilisé comme additif alimentaire, dissolvant pour vernis, dégraissant de pièces métalliques...

Formule brute de l'acide lactique : C ₃H ₆O ₃

Masse molaire de l'acide lactique : M = 90,0 g·mol⁻¹
A. L'acide lactique ou acide 2-hydroxypropanoïque
Formule topologique de l'acide lactique :

A.1. Identifier et nommer les familles fonctionnelles présentes dans la molécule d'acide lactique.

A.2. Représenter la formule topologique de l'isomère de position de l'acide lactique.

Isomère de position de l'acide lactique : Seul la fonction hydroxyle peut changer de position car la fonction carboxyle occupe toujours la 1 ère position.

On souhaite mesurer le pK A du couple acide lactique/ion lactate.

L'équation de la réaction modélisant la transformation acido-basique entre l'acide lactique et l'eau est : C ₃H ₆O ₃(aq) + H ₂O(ℓ) ⇄ C ₃H ₅O ₃⁻(aq) + H ₃O⁺(aq)

A.3. Identifier les deux couples acide-base mis en jeu dans cette transformation.

Les deux couples acide-base mis en jeu dans cette transformation.

A.4. Montrer que la constante d'acidité K A du couple de l'acide lactique peut s'exprimer sous la forme :

avec C concentration en acide apporté et c° = 1 mol·L⁻¹ la concentration standard.

Or, d'après le tableau d'avancement :

On mesure le pH d'une solution aqueuse d'acide lactique, de concentration en acide apporté

A.5. Calculer la concentration en quantité de matière d'ions oxonium H ₃O⁺(aq) de cette solution.

A.6. Justifier que l'acide lactique n'est pas un acide fort.

Pour un acide fort, l'acide réagit totalement avec l'eau :

Ici , l'acide n'a pas réagit totalement avec l'eau, c'est un acide faible.

A.7. En déduire la valeur de la constante d'acidité puis la valeur du pK A.

On effectue une série de douze mesures du pH de la solution aqueuse d'acide lactique, de concentration en acide apporté C = 8,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

Le traitement statistique des résultats de ces mesures aboutit à une valeur moyenne du , notée , de 3,871667 avec une incertitude-type, notée u( pK A), de 0,026935.

A.8. Écrire, avec un nombre adapté de chiffres significatifs, le résultat de la mesure pK Am.
Diagramme de distribution du couple de l'acide lactique
pK Am=3,87±0,03

Le diagramme de distribution suivant du couple de l'acide lactique est construit en utilisant la valeur de référence pK Aref = 3,90 du pK A du couple de l'acide lactique.

A.9. Expliquer et justifier la méthode permettant de retrouver sur le diagramme de distribution la valeur pK Aref.

A.10. Comparer, en prenant appui sur un calcul, le résultat de la mesure avec la valeur de référence .

Calculons l'écart relatif :
B. Estérification de l'acide lactique

L'écart est faible : la valeur mesurée est proche de la valeur de référence.

Le lactate d'éthyle peut être synthétisé à partir de l'acide lactique et de l'éthanol. L'équation de réaction d'estérification associée à cette transformation est la suivante :

Pour étudier l'influence de différents paramètres sur cette transformation, on fait réagir deux systèmes chimiques identiques de même volume mais dans des conditions différentes.
Quantité d'ester formé nester au cours du temps

Mélange initial

Protocole

Expérience (a)

0,741 mol d'acide lactique et 0,850 mol d'éthanol

Chauffage à reflux à 80 °C

Expérience (b)

0,741 mol d'acide lactique, 0,850 mol d'éthanol et quelques gouttes d'acide sulfurique concentré

Chauffage à reflux à 80 °C

Par une succession de dosages à différents instants, on peut suivre l'évolution temporelle de la transformation. On obtient alors les deux courbes suivantes :

On note V, le volume du milieu réactionnel, supposé constant.

B.1. Exprimer la vitesse volumique v d'apparition de l'ester.

B.2. En analysant qualitativement la courbe (b), indiquer l'évolution de la vitesse volumique v d'apparition de l'ester.

La dérivée correspond au coefficient directeur de la tangente.

Au cours du temps le coefficient directeur de la tangente diminue, la vitesse de formation de l'ester diminue au cours du temps.

B.3. En analysant qualitativement la courbe (b), indiquer l'évolution de la vitesse volumique v Identifier le rôle joué par l'acide sulfurique.

L'acide sulfurique n'apparait pas dans l'équation de réaction. De plus, en sa présence (expérience b), la réaction est plus rapide : l'acide sulfurique est un catalyseur.

B.4. Indiquer, en argumentant, si pour l'expérience (a) l'état final est atteint au bout de 350 min.

Les expériences a et b ont les mêmes quantités initiale de réactifs. La seule différence est la présence d'un catalyseur dans l'expérience b.

Ainsi, les deux expériences conduiront au même état final , b étant plus rapide que a.

Au bout de 350 min, , l'état final n'est pas atteint.

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L'acide lactique et le lactate d'éthyle physik.fr

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L’acide lactique à la base de composés « verts »                                     Bac Polynésie 2021 Sujet 2

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L’acide lactique à la base de composés « verts »                                     Bac Polynésie 2021 Sujet 2

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Bac Polynésie 2021 Sujet 2

Exercice 1 - (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 21-PYCJ1PO1

L'acide lactique ou acide 2-hydroxypropanoïque est un acide carboxylique de formule brute C ₃H ₆O ₃ (figure 1). On le trouve dans le lait mais aussi dans le vin et dans certains fruits et légumes. Obtenu industriellement via des transformations chimiques de réactifs issus de la pétrochimie, l'acide lactique peut également être produit par fermentation à partir de sucres d'origine naturelle. Il est utilisé dans l'industrie alimentaire comme additif (E270) mais aussi en cosmétique et en tant que détergent.

Le but de l'exercice est d'étudier l'acide lactique et les réactions qui l'impliquent en tant que réactif dans des synthèses écoresponsables.

Données :

Règles de nomenclature dans le cas de composés polyfonctionnels à chaîne non ramifiée :

① Dans un premier temps, on identifie la chaîne principale et le groupe caractéristique principal (cf. tableau 1) puis on numérote la chaîne pour que le carbone fonctionnel ait le plus petit indice possible.

② Ensuite, on nomme l'espèce en remplaçant le " e " final de l'alcane correspondant (cf. tableau 2) par le suffixe correspondant au groupe principal et en ajoutant le préfixe du groupe secondaire. On précise si besoin l'indice de position du groupe caractéristique.

Tableau 1. Suffixes et préfixes utilisés pour désigner quelques groupes importants. Les groupes présentés dans ce tableau sont rangés dans l'ordre décroissant de priorité.

Tableau 2. Nomenclature des alcanes.
A. Étude du caractère acide de l'acide lactique.
Le nom de cette molécule en nomenclature officielle est acide 2-hydroxypropanoïque.

A.1. Exploiter les règles de nomenclature fournies dans les données pour justifier son nom.

A.2. Donner le schéma de Lewis de l'acide lactique. Sur celle-ci, identifier, en l'entourant, l'atome d'hydrogène responsable de l'acidité de la molécule.

A.3. Écrire la formule semi-développée de l'ion lactate, base conjuguée de l'acide lactique.

On notera, par la suite, HA l'acide lactique et A ⁻ l'ion lactate. La valeur du pH d'un lait est égale à 6,4.

Donnée : La valeur de la concentration standard c° est égale à 1 mol∙L ⁻¹.

A.4. Pour ce lait, calculer la valeur de la concentration en ion oxonium [H ₃O⁺] eq .

A.5. Établir l'équation de réaction de l'acide lactique (HA) avec l'eau. Exprimer la constante d'acidité K A du couple acide HA/A ⁻ .

A.6. À partir de l'expression de la constante d'acidité K A du couple HA/A ⁻, retrouver la relation :

Donnée : La valeur du p K A du couple HA/A ⁻ est égale à 3,9.

A.7. Calculer, à partir de la relation de la question 6, le rapport dans ce lait dont la valeur du pH est égale à 6,4. En déduire l'espèce prédominante.

A.8. Tracer le diagramme de prédominance du couple HA/A ⁻.

A.9. À l'aide du diagramme de prédominance, vérifier que l'espèce prédominante pour ce lait est en accord avec la réponse à la question 7.

On donne ci-dessous le spectre infrarouge de la molécule d'acide lactique (figure 2).

Donnée :
A.10. Utiliser le spectre de la figure 2 et la table spectroscopique infrarouge simplifiée afin de justifier la présence de deux liaisons caractéristiques de la molécule d'acide lactique.

B. La synthèse du lactide.

Issu de l'acide lactique, le lactide est d'origine naturelle et renouvelable. L'équation de synthèse du lactide est donnée ci-dessous :

B.1. Identifier, en justifiant, la molécule notée B produite lors de la réaction.

B.2. Écrire la formule topologique de la molécule de lactide.

B.3. Sur cette formule topologique, entourer et nommer la fonction chimique présente dans la molécule de lactide.

C. L'acide lactique : réactif de la synthèse du lactate d'éthyle
Document 1 : Synthèse d'un solvant agrosourcé : le lactate d'éthyle.
Les solvants constituent une classe de substances largement utilisées dans de nombreux secteurs économiques ou  ils jouent des rôles divers. Ce sont des liquides capables de dissoudre, de diluer ou d'extraire d'autres composés sans engendrer de modifications chimiques. Cependant, les solvants traditionnels sont généralement des composés organiques volatils, nocifs pour la santé et pour l'environnement. Dans ce contexte, de nouveaux solvants, non toxiques et biodégradables, sont apparus sur le marché.

Le lactate d'éthyle est l'un de ces solvants agrosourcés. Il est produit par estérification de l'acide lactique avec l'éthanol (produit par fermentation de sucres). Un problème majeur de cette réaction est qu'elle est équilibrée. Pour obtenir un rendement correct, il est donc nécessaire de déplacer l'équilibre. Ceci est notamment possible en utilisant un excès d'éthanol.

Une autre solution est d'ajouter au milieu réactionnel un solvant insoluble dans l'eau dans lequel le lactate d'éthyle est plus soluble que dans la phase de départ (acide lactique, éthanol). D'après https://patents.google.com/patent/WO2011107712A1/fr

Le lactate d'éthyle est synthétisé par action de l'éthanol sur l'acide lactique. L'eau constitue un sous-produit de la réaction. L'équation de la réaction est donnée ci-dessous :

Cette estérification est réalisée selon deux modes opératoires :

La synthèse de lactate d'éthyle est réalisée dans un ballon équipé d'un réfrigérant. Les quantités suivantes de réactifs sont introduites dans le réacteur : 66,7 g d'éthanol et 39,1 g d'acide lactique. 0,33 g d'acide sulfurique est ajouté aux réactifs. Le milieu réactionnel est agité au moyen d'un agitateur magnétique et porté à la température de 80 °C. Le rendement en lactate d'éthyle en fonction de la durée de la réaction est représenté sur la figure 4.

La synthèse de lactate d'éthyle est réalisée de la même manière que pour le procédé a mais en ajoutant un solvant d'extraction aux réactifs. Le rendement en lactate d'éthyle en fonction de la durée de la réaction est représenté sur la figure 4.

D'après https://patents.google.com/patent/WO2011107712A1/fr

On obtient les résultats suivants :

Données :

C.1. Vérifier par calcul que l'éthanol est en excès dans les procédés a et b décrits précédemment.

C.2. Calculer la masse de lactate d'éthyle que l'on pourrait obtenir si la transformation chimique était totale.

C.3. En utilisant la figure 4, comparer les rendements obtenus par les deux procédés et indiquer le procédé le plus efficace.

C.4. Donner l'expression du quotient de la réaction d'estérification étudiée.

C.5. Le lactate d'éthyle étant plus soluble dans le solvant introduit dans le procédé b que dans la phase de départ (acide lactique, éthanol), justifier que l'ajout d'un solvant lors de la synthèse du lactate d'éthyle permet de déplacer l'équilibre de la réaction d'estérification.
Pour la question suivante, le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.
C.6. Certains solvants organiques sont nocifs pour la santé et dangereux pour l'environnement : ils peuvent dégrader la qualité de l'air ou encore contaminer les nappes phréatiques, les eaux de surface et les sols.

28 millions de tonnes de solvants organiques sont produits chaque année. Évaluer le volume d'éthanol nécessaire à la substitution de 80 % en masse des solvants organiques par des solvants agrosourcés.

On fera l'hypothèse que la totalité du solvant agrosourcé produit est du lactate d'éthyle obtenu par le procédé b décrit précédemment. Comparer cette valeur au volume d'éthanol produit annuellement dans le monde : 120 milliards de litres.

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L'acide lactique à la base de composés " verts "

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L'acide lactique à la base de composés " verts " physik.fr

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Synthèse d’un arôme                           Métropole Septembre 2021 Sujet 1

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Synthèse d’un arôme                           Métropole Septembre 2021 Sujet 1

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Bac Métropole Septembre 2021 Sujet 1

Exercice 1 - (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 21-PYCJ1ME3

L'éthanoate de 3-méthylbutyle est une espèce chimique odorante présente notamment dans les pommes mûres. Son odeur agréable et sa faible toxicité permettent de l'utiliser comme arôme dans les bonbons. Cette espèce chimique appartient à la famille fonctionnelle des esters.

Cet exercice a pour objectif d'étudier dans un premier temps les espèces chimiques intervenant dans la synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle, puis d'étudier les conditions d'optimisation de cette synthèse.

Données :

- squelettes carbonés

Pour les hydrocarbures ramifiés, la position de la ramification sur la chaîne principale est indiquée par un chiffre et le groupe est indiquée par le préfixe. Des exemples de groupes sont donnés ci-dessous :

- famille fonctionnelle des esters

1. Des réactifs aux produits de la synthèse
Pour réaliser la synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle au laboratoire, on utilise les deux réactifs suivants : l'acide éthanoïque et le 3-méthylbutan-1-ol.

La représentation semi-développée du 3-méthylbutan-1-ol est :

1.1. Justifier le nom du 3-méthylbutan-1-ol.

1.2. Donner la représentation topologique du 3-méthylbutan-1-ol et entourer le groupe caractéristique de la molécule. Nommer la famille fonctionnelle correspondante.

1.3. On donne (figure 1) les spectres infrarouges des deux réactifs. Identifier, en justifiant, le spectre correspondant au 3-méthylbutan-1-ol.

Figure 1. Spectres infrarouges des deux réactifs de la synthèse

1.4. Représenter la formule semi-développée de l'éthanoate de 3-méthylbutyle en exploitant les règles de nomenclature fournies.

2. Optimisation de la synthèse au laboratoire de l'éthanoate de 3-méthylbutyle
La synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle est une transformation lente et non totale.

Protocole de la synthèse :

Verser dans un ballon un volume V1 de 3-méthylbutan-1-ol, une masse m2 d'acide éthanoïque et un volume V3 d'acide sulfurique concentré.

Comme indiqué sur la figure 2, le ballon, surmonté d'un réfrigérant à air, est placé dans un bain-marie maintenant la température constante.

Pour montrer l'influence de certaines conditions expérimentales sur cette synthèse, quatre expériences sont réalisées. Le tableau ci-après présente les résultats expérimentaux pour quatre conditions différentes.

2.1. Écrire à l'aide des formules brutes, l'équation de la réaction modélisant la synthèse de l'éthanoate de 3-méthylbutyle, sachant qu'une autre espèce chimique à identifier est aussi produite. Justifier.

2.2. En exploitant les résultats expérimentaux, indiquer les conditions expérimentales permettant d'optimiser la cinétique de cette synthèse.

2.3. Détermination expérimentale du rendement de la synthèse de l'expérience 3.

2.3.1. Déterminer les quantités de matière des réactifs dans le mélange initial de l'expérience 3 et donner un qualificatif à ce mélange initial.

2.3.2. La masse d'éthanoate de 3-méthylbutyle obtenue en fin de réaction est de m ₃ = 6,20 g. Déterminer le rendement de la synthèse dans l'expérience 3. Commenter.

2.4. Détermination expérimentale du rendement de la synthèse de l'expérience 4.

À la fin de la synthèse, on sépare la phase aqueuse de la phase organique formée dans le ballon. Cette phase aqueuse contient l'acide éthanoïque qui n'a pas réagi et l'acide sulfurique. Ces deux acides sont responsables de l'acidité totale de la solution.

On réalise un titrage acido-basique de cette phase aqueuse, avec comme solution titrante une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium (K⁺(aq) ; HO ⁻(aq)) de concentration C B = 1,0 mol·L⁻¹ . Ce titrage est suivi par pH-métrie et les courbes pH = f( VB) et dpH/ V B = f( V B) sont représentées à la figure 3.

2.4.1. Écrire l'équation de la réaction support du titrage entre l'acide éthanoïque et l'ion hydroxyde.

2.4.2. Déterminer le volume d'hydroxyde de potassium nécessaire pour titrer l'acide éthanoïque.

2.4.3. En déduire la quantité de matière d'acide éthanoïque restant à la fin de la synthèse dans l'expérience 4.

2.4.4. Déterminer la quantité de matière d'ester formé et calculer le rendement de la synthèse dans l'expérience 4. En déduire un moyen d'optimiser le rendement de cette synthèse.
3. Amélioration du rendement de la synthèse grâce à l'utilisation d'un tube décanteur de Dean-Stark
On réalise de nouveau l'expérience 3 mais en utilisant un dispositif de Dean-Stark (voir figure 4), qui permet de séparer en continu l'eau formée du reste du milieu réactionnel.

Le tube décanteur de ce dispositif est initialement vide. Un volume de 30 mL de cyclohexane est ajouté initialement dans le milieu réactionnel, puis on chauffe à reflux le mélange réactionnel.

On suppose que seuls l'eau et le cyclohexane se vaporisent alors que les réactifs et l'éthanoate de 3-méthylbutyle restent dans le ballon. Le cyclohexane et l'eau se liquéfient dans le réfrigérant à eau et tombent dans le tube décanteur du Dean-Stark. Lorsque le tube décanteur est plein, l'excès de phase A s'écoule dans le mélange réactionnel.

3.1. Identifier la nature des phases A et B présentes dans le tube décanteur. Justifier.

3.2. Indiquer l'intérêt de ce dispositif pour optimiser cette synthèse.

3.3. Lorsque la transformation est terminée, le volume d'eau recueilli dans le tube décanteur est de V = 1,8 mL. En déduire la quantité de matière d'ester formé. Conclure quant à l'efficacité de ce dispositif.

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Vers la synthèse du plexiglas                  Bac Métropole Juin 2021 Sujet 2

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Vers la synthèse du plexiglas                  Bac Métropole Juin 2021 Sujet 2

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Bac Métropole Juin 2021 Sujet 2

Exercice 1 - (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 21-PYCJ2ME2

Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est un polymère thermoplastique transparent. Découvert en 1877, il

est produit industriellement dès 1933 en Allemagne à partir du méthacrylate de méthyle (MMA), sous le nom de Plexiglas®. Ce matériau permet de remplacer le verre pour certaines applications comme les écrans de protection par exemple.

L'objectif de cet exercice est d'étudier la synthèse du MMA, puis celle du PMMA.

Monomère

Polymère

Exemple d'objet fabriqué en
plexiglas

Acronyme usuel : MMA

Nom usuel :
méthacrylate de méthyle

Nomenclature officielle :
2-méthylpropénoate de méthyle

Structure :

Acronyme usuel : PMMA

Nom usuel :
polyméthacrylate de méthyle

Nomenclature officielle :
poly(2-méthylpropénoate de méthyle)

Structure (partielle) :

Écran mobile de protection, en
plexiglas

1. Étude de l'acide méthacrylique
L'acide méthacrylique peut être utilisé comme réactif dans la synthèse du MMA.
Données sur l'acide méthacrylique :

nom dans la nomenclature officielle : acide 2-méthyl-2-propénoïque ;

formule semi-développée :

masse molaire moléculaire : M = 86,1 g·mol-1 ;

pKA, à 25°C, du couple acide méthacrylique / ion méthacrylate : 4,7 ;

Source : d'après www.merckgroup.com

1.1. Indiquer les précautions opératoires et les équipements de sécurité nécessaires à la manipulation de l'acide méthacrylique. Justifier.

1.2. Représenter, sur votre copie, la formule topologique de l'acide méthacrylique et entourer les groupes caractéristiques.

1.3. Justifier que la molécule d'acide méthacrylique est un acide au sens de Brönsted et écrire le couple acide- base associé.

1.4. Écrire l'équation de la réaction de l'acide méthacrylique, noté HA, dans l'eau.

A du couple acide méthacrylique / ion méthacrylate noté HA / A 1.5. Donner la relation entre la constante d'acidité K⁻ et les concentrations en quantité de matière à l'équilibre des espèces chimiques HA et A ⁻.

1.6. Vérifier, par un raisonnement quantitatif, que la valeur du pH d'une solution aqueuse d'acide méthacrylique de concentration c m = 100 g·L ⁻¹ est de 2,3.
2. Synthèse du monomère : le méthacrylate de méthyle (MMA)
Le méthacrylate de méthyle est un ester qui peut être préparé au laboratoire par réaction entre l'acide méthacrylique et le méthanol. Cette transformation est très lente en l'absence de catalyseur et n'est pas totale. Un protocole opératoire possible est décrit ci-dessous.

Étape a. Dans le respect des consignes de sécurité, placer 10,0 g d'acide méthacrylique dans un ballon de 100 mL. Ajouter 35 mL de méthanol puis introduire goutte à goutte 2 mL d'acide sulfurique concentré. Adapter un réfrigérant puis porter le mélange réactionnel au reflux pendant 30 minutes en agitant.

Étape b. Refroidir le milieu réactionnel puis le verser dans 50 mL d'eau glacée. Transvaser le tout dans une ampoule à décanter et procéder à deux extractions successives avec 25 mL d'éther diéthylique. Rassembler les phases organiques puis les laver avec, successivement, 30 mL d'eau glacée, 50 mL d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5% puis 30 mL d'une solution saturée de chlorure de sodium. Sécher la phase organique sur sulfate de magnésium anhydre.

Étape c. Mettre en place un montage de distillation fractionnée. Récupérer la fraction distillée correspondant au MMA et mesurer la masse du liquide obtenu.

Données :

2.1. Réaliser un schéma légendé du montage à reflux utilisé dans l' étape a et proposer un nom pour cette étape du protocole.

2.2. Établir l'équation de la réaction modélisant la synthèse, sachant que de l'eau est produite au cours de cette transformation.

2.3. Justifier les positions relatives des phases organique et aqueuse lors du lavage à l'eau glacée, dans l'ampoule à décanter, lors de l' étape b. Préciser la composition de chaque phase.

2.4. Donner le rôle de l' étape c, et indiquer ce qui doit être surveillé pour être sûr de récupérer le MMA lors de la distillation fractionnée.

2.5. Déterminer les quantités de matière des réactifs introduits.

2.6. En supposant la transformation totale, déterminer la masse maximale de méthacrylate de méthyle qui peut être obtenue.

2.7. Indiquer une méthode mise en œuvre pour optimiser la vitesse d'apparition du MMA et une méthode mise en œuvre pour optimiser le rendement de cette synthèse.
3. Synthèse et propriétés du polymère : le polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
Le polyméthacrylate de méthyle est une macromolécule linéaire (voir figure 1) produite par transformation chimique du méthacrylate de méthyle. Cette transformation est appelée polymérisation.

Données :

bandes d'absorption en spectroscopie infrarouge (IR) :

Liaison

O - H (acide carboxylique)

Ctét - H

C = O

C = C

Ctét - O

Nombre d'onde σ (cm ⁻¹)

2500 - 3200

2800 - 3000

1650 - 1750

1620 - 1690

1050 - 1450

3.1. Représenter le motif du polymère.

3.2. Justifier que l'on puisse suivre la transformation par spectroscopie infrarouge.

Parmi les procédés industriellement mis en œuvre, l'un permet des conditions douces respectueuses de l'environnement et des vitesses relativement élevées. L'étude cinétique de la figure 2 présente des résultats expérimentaux obtenus dans les conditions opératoires optimales pour contrôler la synthèse, c'est-à-dire pour obtenir des chaines de polymères de grandes longueurs et de tailles homogènes. La vitesse volumique de disparition du monomère MMA est notée v p.

Figure 2. Résultats expérimentaux. Source : D'après ACS Macro Letters

3.3. Déterminer le temps de demi-réaction t 1/2 de la polymérisation du MMA à l'aide de la figure 3. Commenter.

3.4. À l'aide de la figure 3, estimer en explicitant la méthode, la valeur de la vitesse de disparition v p de MMA à l'instant initial.

3.5. En étudiant l'évolution de la vitesse v p en fonction de la concentration en MMA sur la figure 4, déterminer si l'évolution temporelle de la concentration en MMA suit une loi de vitesse d'ordre 1.

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Préparation d’une bière brune aromatisée                                                        Bac Centres étrangers 2021 Sujet 1

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Préparation d’une bière brune aromatisée                                                        Bac Centres étrangers 2021 Sujet 1

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Bac Centres étrangers 2021 Sujet 1

Exercice 1 - (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 21-PYCJ1G11

Depuis l'antiquité, les bières sont produites selon le même procédé à partir de quatre constituants : l'eau, le malt, le houblon et les levures. L'origine des ingrédients et les différentes étapes de transformation vont apporter à la bière sa couleur, sa saveur ou encore son amertume.

Entre 250 et 300 espèces chimiques présentes dans la bière proviennent des huiles essentielles du houblon, parmi lesquelles plus de 60 esters différents dont les plus importants sont l'acétate d'éthyle, l'acétate d'isoamyle, l'acétate d'isobutyle, l'acétate de phényle, l'hexanoate d'éthyle et le caprylate d'éthyle.

Afin d'intensifier la saveur fruitée d'une bière, on peut rajouter, en fin de fabrication, un ester dont la réaction de synthèse va être étudiée dans un premier temps (partie 1). La qualité de l'eau utilisée étant très importante dans la fabrication de la bière, l'analyse d'une eau de brassage sera effectuée dans un second temps (partie 2).
Partie 1 - Synthèse d'un ester au laboratoire
L'ester, noté E, dont la formule semi-développée est représentée ci-après, permet d'obtenir un arôme de fruits rouges qui peut servir pour intensifier le goût d'une bière.

Cet ester peut être synthétisé au laboratoire à partir d'un acide carboxylique et d'un alcool. La réaction modélisant cette synthèse est appelée réaction d'estérification. L'équation de la réaction d'estérification, écrite dans le cas général avec R et R' chaines carbonées, est la suivante :

Données
- Préfixes utilisés dans les règles de nomenclature

Remarques :

Ctri signifie que l'atome de carbone est trigonal, c'est-à-dire relié à trois voisins.

Ctét signifie que l'atome de carbone est tétragonal, c'est-à-dire relié à quatre voisins.

1. Nommer l'ester E et représenter sa formule topologique.

2. Écrire les formules semi-développées de l'acide carboxylique A et de l'alcool B intervenant dans la synthèse de l'ester E et nommer chacun d'eux.

Pour obtenir l'ester E, on chauffe à reflux un volume d'alcool V alcool= 20,0 mL avec un volume d'acide carboxylique V acide = 43,0 mL, en présence d'acide sulfurique. On obtient, après séparation, rinçage et séchage, une masse 𝑚 𝐸 = 33,1 g d'ester E.

3. Justifier le double intérêt d'un chauffage à reflux.

4. L'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur lors de cette synthèse. Citer la définition d'un catalyseur.

5. Montrer que les réactifs sont dans des proportions pratiquement stoechiométriques et déterminer la valeur du rendement de cette synthèse.

Pour améliorer le rendement de la synthèse, on réalise trois synthèses en faisant varier différents paramètres expérimentaux. Pour chaque synthèse, un suivi temporel de la concentration en acide carboxylique est réalisé par titrage. Ce suivi conduit aux tracés des courbes représentant l'évolution de la concentration de l'acide carboxylique en fonction du temps (figure 1).

6. Identifier les conditions expérimentales, en précisant le numéro de la synthèse, pour lesquelles la réaction d'estérification est la plus lente. Préciser la courbe associée.

7. Identifier les conditions expérimentales, en précisant le numéro de la synthèse, pour lesquelles le rendement de la réaction d'estérification est amélioré. Préciser la courbe associée.

Les spectres infrarouge de chacun des réactifs avant la synthèse et du produit organique isolé et purifié après la synthèse ont été réalisés. Ils sont reproduits ci-après.

8. Parmi ces trois spectres infrarouge (page 5/15), identifier celui de l'ester E en précisant la démarche suivie.
Spectre 1

Spectre 2

Spectre 3

Partie 2 - Étude de l'eau de brassage d'une bière brune
La composition de l'eau utilisée pour la fabrication d'une bière a une influence sur sa saveur ou sa couleur. Dans le cas de la bière brune, l'eau utilisée doit contenir, entre autres, des ions chlorure à

une concentration massique comprise entre 100 et 200 mg ⋅ L −1.

Dans cette partie, on souhaite savoir si une eau de source peut convenir au brassage d'une bière.

À cette fin, les ions chlorure présents dans cette eau de source sont titrés par une solution de nitrate d'argent. Le titrage est suivi par conductimétrie.
Données :
Conductivités molaires ioniques à 25°C :
Étude de la réaction support du titrage
Pour que la réaction entre les ions argent et les ions chlorure soit adaptée pour réaliser le titrage, il faut que la transformation associée soit rapide et totale. On souhaite s'assurer qu'elle respecte ces conditions.

Pour cela, on mélange, dans un tube à essai :

un volume V₁= 2,0 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium (Na⁺(aq) , Cℓ− (aq)) de concentration C₁ = 5,00 × 10⁻² mol⋅L−1 ;

et un volume V₂ = 2,0 mL de solution aqueuse de nitrate d'argent (Ag⁺(aq) , NO₃−(aq)) de concentration C₂ = 4,25 × 10⁻² mol⋅L−1.

On observe la formation immédiate d'un précipité blanc, solide identifié comme étant du chlorure

d'argent. L'équation de la réaction modélisant cette transformation est :

La valeur de la constante d'équilibre de cette réaction à 25°C est 𝐾 = 6,4 × 10 ⁹.

9. Montrer qu'à l'équilibre du système chimique, l'avancement à l'équilibre x eq peut être déterminé par la résolution de l'équation :

avec C ⁰ = 1 mol⋅L −1

Cette équation du second degré en x eq admet deux solutions dont les valeurs arrondies sont :

Indiquer la solution qui peut être retenue pour ce système chimique.

10. Discuter si cette transformation est adaptée au titrage des ions chlorure.
Dosage par titrage de l'eau de source envisagée pour le brassage
On prélève un volume V ₁ = 100,0 mL d'eau de source que l'on introduit dans un grand bécher dans lequel on plonge une cellule conductimétrique. À l'aide d'une burette graduée, on ajoute progressivement une solution aqueuse de nitrate d'argent (Ag⁺(aq) , NO ₃−(aq)) de concentration C ₃ = 1,00 × 10 −2 mol⋅L −1.

La conductivité 𝜎 du mélange dans le bécher, maintenu sous une agitation régulière, évolue en fonction du volume V ₃ de la solution de nitrate d'argent ajouté. Le tracé de cette évolution est représenté en figure 2.

11. Faire un schéma légendé du dispositif utilisé lors de ce titrage.

12. Justifier les évolutions de la conductivité 𝜎 de la solution contenue dans le bécher avant et après l'équivalence.

13. Indiquer si la teneur en ions chlorure de l'eau analysée peut convenir pour la fabrication de la bière brune.
Le candidat est invité à prendre des initiatives, à indiquer les hypothèses qu'il est amené à formuler et à présenter la démarche suivie même si elle n'a pas abouti. La démarche suivie est évaluée et nécessite d'être correctement présentée.

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Préparation d'une bière brune aromatisée

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Préparation d'une bière brune aromatisée physik.fr

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L’urée et la synthèse de l’acide barbiturique                                                             Bac Asie 2021 Sujet 2

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L’urée et la synthèse de l’acide barbiturique                                                             Bac Asie 2021 Sujet 2

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L’urée et la synthèse de l’acide barbiturique

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L’urée et la synthèse de l’acide barbiturique physik.fr

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Nettoyage des plaques de cuisson    Métropole Septembre 2022 Sujet 2

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Nettoyage des plaques de cuisson    Métropole Septembre 2022 Sujet 2

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Métropole Septembre 2022 Sujet 2
Exercice B - (5 points) - au choix du candidat - Durée 0h53 - Calculatrice autorisée
Sujet n° 22-PYCJ2ME3

Mots-clés : réaction acide-base, titrage, cinétique chimique

Pour nettoyer une plaque de cuisson électrique encrassée, une méthode consiste à déposer, avant de frotter, de l'hydrogénocarbonate de sodium solide (vendu sous le nom de bicarbonate de soude) tout autour des plaques électriques puis à verser du vinaigre ménager.

Dans cet exercice, on étudie la composition d'un vinaigre ménager, puis la cinétique de sa transformation chimique avec de l'hydrogénocarbonate de sodium.
D'après http://langle.fr/fiches-securites/6427-test
Figure 1. Fiche sécurité du vinaigre ménager 14°
1. Étude des quelques propriétés acido-basiques de l'acide éthanoïque
Données :

Le vinaigre ménager est une solution aqueuse d'acide éthanoïque de formule CH ₃ COOH. Dans cette partie on souhaite vérifier que l'acide éthanoïque est bien un acide faible dans l'eau.

Q1. Représenter le schéma de Lewis de la base conjuguée de l'acide éthanoïque.

Q2. Indiquer l'espèce majoritaire du couple de l'acide éthanoïque présente dans un vinaigre ménager 14°. Justifier.

Le pH d'une solution aqueuse d'acide éthanoïque de concentration 5,0×10 ⁻³ mol·L ⁻¹ est de 3,5.

Q3. Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre l'acide éthanoïque et l'eau.
2. Dosage par titrage du vinaigre ménager 14°
Q4. En utilisant la valeur du pH de la solution, montrer que le taux d'avancement final t de cette réaction est de l'ordre de 6 %. Commenter ce résultat quant à la force de l'acide éthanoïque dans l'eau.

Le degré d'acidité d'un vinaigre ménager est égal au titre massique, exprimé en pourcentage, en acide éthanoïque de ce vinaigre.

On réalise le titrage d'un volume de 10,0 mL d'une solution de vinaigre ménager 14° dilué 100 fois par une solution aqueuse titrante d'hydroxyde de sodium de concentration 2,00×10 ⁻² mol·L ⁻¹. Le suivi est effectué à l'aide d'un pH-mètre et permet de tracer la courbe représentant le pH en fonction du volume V de solution titrante versée. Cette courbe figure sur l' ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE.

Figure 2. Indicateurs colorés acido-basiques

Q5. Écrire l'équation de réaction support du titrage de l'acide éthanoïque par l'hydroxyde de sodium.

Q6. Déterminer, en réalisant une construction sur l' ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE, le volume V E de solution aqueuse titrante d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence du titrage.

Q7. Expliquer quel aurait été l'indicateur coloré le plus adapté, parmi ceux fournis sur la figure 2, pour réaliser ce titrage par colorimétrie.
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée. 3. Étude cinétique de la transformation chimique entre le vinaigre et l'hydrogénocarbonate de sodium
Q8. Après avoir exploité le titrage pour déterminer la valeur de la concentration en quantité de matière de la solution diluée 100 fois, calculer le titre massique du vinaigre ménager étudié. Commenter le résultat.

Lorsque le vinaigre ménager entre en contact avec l'hydrogénocarbonate de sodium solide NaHCO ₃(s), une transformation chimique totale et lente a lieu. Elle entraîne la formation de dioxyde de carbone gazeux CO ₂(g) détectable par l'apparition de bulles, qui contribuent à l'action mécanique nettoyante des plaques de cuisson, action d'autant plus efficace que la formation des bulles a lieu dans un temps assez court de l'ordre de quelques minutes. L'équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre l'acide éthanoïque et l'hydrogénocarbonate de sodium est :

En laboratoire il est possible de suivre cette transformation chimique au cours du temps en recueillant le gaz formé dans une éprouvette graduée retournée initialement remplie d'eau. Pour cela, on réalise l'expérience schématisée ci-dessous à partir d'une masse d'environ 1 g d'hydrogénocarbonate de sodium solide NaHCO ₃(s), ce dernier est versé à la date t = 0 s dans une centaine de millilitres de vinaigre ménager 14° en excès devant l'hydrogénocarbonate de sodium.

Figure 3. Montage permettant de mesurer le volume de dioxyde de carbone recueilli lors de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'hydrogénocarbonate de sodium

Les résultats obtenus sont consignés sur le tableau ci-dessous.
Donnée :
Figure 4. Tableau de mesures du volume de dioxyde de carbone recueilli au cours du temps

volume molaire d'un gaz, dans les conditions de l'expérience : V m = 24,2 L·mol⁻¹.

Q9. Calculer la valeur de la quantité de matière de dioxyde de carbone formé à 30 s puis placer le point correspondant sur l' ANNEXE 2 À RENDRE AVEC LA COPIE.
ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE
Q10. Déterminer, en réalisant une construction sur l' ANNEXE 2 À RENDRE AVEC LA COPIE, le temps de demi-réaction. Commenter ce résultat au regard de l'utilisation qui est faite ici de cette transformation chimique.
ANNEXE 2 À RENDRE AVEC LA COPIE

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Nettoyage des plaques de cuisson physik.fr

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Dégradation d’un produit de contraste                                                     Centres étrangers 2022 Sujet 1

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Dégradation d’un produit de contraste                                                     Centres étrangers 2022 Sujet 1

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Centres étrangers 2022 Sujet 1
Exercice C - (5 points) - au choix du candidat - Durée 0h53 - Calculatrice autorisée
Sujet n° 22-PYCJ1G11
Mots-clés: Schéma de Lewis, réaction acide-base, vitesse volumique, Python
Afin d'améliorer l'interprétation d'une radiographie, des produits de contraste peuvent être administrés aux patients avant l'examen. Ces produits de contraste, non toxiques, une fois éliminés par l'organisme du patient, ne sont pas dégradés par la majorité des stations d'épuration. Pour éviter leur accumulation dans la nature, des chercheurs ont étudié la dégradation des produits de contraste sous l'effet du rayonnement ultraviolet.

Cet exercice traitera dans sa première partie des propriétés chimiques de l'un de ces produits de contraste (l'acide diatrizoïque) puis dans une seconde partie de la cinétique de dégradation de l'acide diatrizoïque et de deux autres produits de contraste (l'acide iotalamique et l'iopamidol) par action d'un rayonnement ultraviolet.

La formule topologique de l'acide diatrizoïque est donnée à la figure 1 ci-dessous.

Première partie : propriétés chimiques de l'acide diatrizoïque
1. En utilisant la notation simplifiée de l'acide diatrizoïque, donnée figure 1 bis, représenter le schéma de Lewis de l'acide diatrizoïque et le schéma de Lewis de l'ion carboxylate correspondant.

Dans la suite de l'exercice, on utilisera, pour l'acide diatrizoïque et l'ion correspondant, les notations simplifiées RCOOH et RCOO ⁻

2. Établir l'équation de réaction acide-base de l'acide diatrizoïque avec l'eau. Exprimer la constante d'acidité du couple acide diatrizoïque / ion diatrizoate en fonction des concentrations à l'équilibre des espèces en solution.

3. Représenter le diagramme de prédominance du couple de l'acide diatrizoïque et identifier l'espèce prédominante dans les eaux usées.

La valeur du pKa du couple acide diatrizoïque / ion diatrizoate est 1,1.

La valeur du pH des eaux usées est comprise entre 6,5 et 8.

Seconde partie : cinétique de dégradation de produits de contraste
Sous l'effet du rayonnement ultraviolet, les produits de contraste sont dégradés. On s'intéresse à la cinétique de dégradation des trois produits de contraste : l'acide diatrizoïque, l'acide iotalamique et l'iopamidol, étudiée dans un article signé par Allard S., Criquet J. et al.

On s'intéresse dans un premier temps à la dégradation des acides diatrizoïque et iotalamique.

La figure 2 suivante représente la variation de concentration des acides diatrizoïque et iotalamique en solution aqueuse en fonction du temps.

4. À l'aide de la figure 2, déterminer les valeurs des temps de demi-réaction pour les deux acides. Identifier le produit de contraste qui se dégrade le plus rapidement.

On s'intéresse dans un second temps à la dégradation de l'iopamidol en solution aqueuse. On note [Iop](𝑡) la concentration en iopamidol à la date t.

5. Donner la définition de la vitesse volumique 𝑉 de disparition de l'iopamidol en fonction de sa concentration [Iop](𝑡).

Si la cinétique de dégradation est d'ordre 1 alors la vitesse volumique de disparition de l'iopamidol peut s'écrire également : 𝑉 = 𝑘 × [Iop](𝑡) où 𝑘 est une constante positive.

6. En déduire que, dans ce cas, l'évolution temporelle de la concentration peut être modélisée par l'équation différentielle suivante :

À l'aide d'un programme Python (voir ci-dessous), les données de Allard S., Criquet J. et al. ont été modélisées en utilisant la solution de cette équation différentielle, qui est de la forme :

Dans cette expression, [Iop]0 est égale à [Iop](𝑡 = 0), concentration en iopamidol à la date 𝑡 = 0.
Programme Python permettant de modéliser les données :
import numpy as np

#Données

def func(x, a, b):

Les valeurs obtenues à l'aide du programme Python sont : a = 9,70 et b = 0,020.

7. À partir des données et de la courbe de modélisation représentée figure 3 ci-dessous, justifier que le modèle de la cinétique d'ordre 1 est validé. Relier les deux paramètres a et b du programme Python aux constantes [Iop] ₀ et 𝑘.

Un établissement de santé souhaite traiter ses eaux usées à l'aide de rayonnement ultraviolet identique à celui utilisé par les chercheurs pour limiter son rejet d'iopamidol. La valeur de la concentration initiale de ses eaux usées en Iopamidol [Iop] ₀ est de 10,0 µmol∙L ⁻¹. Il souhaite ne pas dépasser une concentration en masse de 2,0 mg∙L ⁻¹ pour l'eau traitée.

8. En précisant la méthode, déterminer la durée minimum tm nécessaire du traitement.

: La valeur de la masse molaire de l'iopamidol est égale à 777 g∙mol ⁻¹.

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Dégradation d'un produit de contraste physik.fr

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Synthèse du polycarbonate de bisphénol                                                  Nouvelle Calédonie 2022 Sujet 2

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Synthèse du polycarbonate de bisphénol                                                  Nouvelle Calédonie 2022 Sujet 2

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Nouvelle Calédonie 2022 Sujet 2

Exercice 1- (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 22-PYCJ2NC1

Le principal polycarbonate commercial est le polycarbonate de bisphénol A. Il s'agit d'un polymère de formule indiquée ci-après :

Cette matière est transparente, résistante aux chocs et utilisable dans une large gamme de températures, ce qui en fait un matériau de choix dans la fabrication de nombreux objets : verres de vue, fenêtres, CD et DVD, vitres de phares automobiles, etc.

La méthode la plus utilisée pour la fabrication de ce polycarbonate est une réaction de polymérisation du bisphénol A avec du phosgène COCl ₂ en présence de soude dans un solvant organique chloré comme le dichlorométhane CH ₂Cl ₂.

L'équation de la réaction modélisant la polymérisation est la suivante :

Cet exercice comporte deux parties, qui peuvent être traitées indépendamment l'une de l'autre.
Données :

Le phosgène COCl₂ est un composé ininflammable et inexplosible mais dangereux. Il a été utilisé comme gaz de combat lors de la première guerre mondiale.
Source : INRS, institut national de recherche et de sécurité.

Masses molaires atomiques :

Masse molaire du bisphénol A : 223 g·mol⁻¹

Masse molaire du phosgène : 99,0 g·mol⁻¹

Masse molaire du motif du polycarbonate de bisphénol A : 254 g.mol⁻¹

Table de données de spectroscopie infrarouge :
Partie A : Étude des réactifs
A.1. Identifier les groupes caractéristiques présents dans le bisphénol A et le phosgène.

A.2. Le phosgène est produit industriellement par introduction de dichlore Cl ₂ et de monoxyde de carbone CO gazeux dans un réacteur à 250 °C. La transformation se produisant dans le réacteur est modélisée par la réaction d'équation suivante :

On réalise deux expériences au cours desquelles on mesure la quantité de matière de phosgène formé au cours du temps dans une enceinte de volume constant V = 30 L, à température constante T de 250 °C. Les graphiques correspondants sont donnés sur l'ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE (p14/15).

A.2.1. Déterminer la valeur de l'avancement final dans l'expérience 1.

A.2.2. Justifier que la synthèse du phosgène est une transformation totale, puis en déduire l'avancement final de la réaction lors de l'expérience 2.

A.2.3. Donner la définition du temps de demi-réaction d'une transformation chimique.

A.2.4. Déterminer graphiquement sur le document de l'ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE (p14/15) la valeur du temps de demi-réaction pour l'expérience 2.

A.2.5. Comparer qualitativement le temps de demi-réaction de l'expérience 1 à celui de l'expérience 2 et justifier leur écart.

La définition de la concentration en quantité de matière dans un mélange de gaz est la même que dans une solution aqueuse :

A.2.6. Calculer les vitesses volumiques de formation du phosgène à la date t = 20 minutes dans chaque expérience. Commenter ces valeurs.

A.2.7. Un mélange réactionnel de 1,0 mol de CO et 1,0 mol de Cl ₂ est introduit dans un réacteur à une température égale à 200 °C. Proposer, justifi cation à l'appui, une allure pour la courbe donnant l'évolution de la quantité de matière de phosgène en fonction de la durée t sur le document de l'ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE (p14/15).

A.3. Le bisphénol A est synthétisé à partir d'acétone et de phénol.

Formule de l'acétone

Formule du phénol

A.3.1. Donner le nom de l'acétone en nomenclature systématique.

Du phénol C ₆H ₅OH réagit avec de l'acétone pour former du bisphénol A, C ₁₅H ₁₆O ₂. La réaction modélisant cette transformation est la suivante :

A.3.2. Identifier l'espèce chimique X formée avec le bisphénol A au cours de cette transformation.

A.3.3. On donne ci-dessous le spectre du bisphénol A. Identifier les liaisons du bisphénol A responsables des bandes d'absorption à 3300 cm⁻¹ et 2950 cm⁻¹.

Partie B : Réaction de polymérisation
On rappelle l'équation de la réaction modélisant la polymérisation :

Un échantillon de polycarbonate est en réalité un mélange de chaînes polymères de différentes masses molaires. La masse molaire moyenne des macromolécules constituant le polymère vaut M = 30 x 10 ³ g·mol⁻¹.

B.1. Déterminer le nombre moyen n de motifs dans une macromolécule.

Le procédé précédent comporte de nombreux inconvénients parmi lesquels la toxicité du phosgène et l'obtention d'une grande quantité d'eau usée contenant du dichlorométhane et du chlorure de sodium qui doit ensuite être traitée.

Les chimistes ont cherché d'autres procédés moins polluants. Ainsi, d'autres voies de synthèse utilisent du diphénylcarbonate ou " DPC " dans la production de polycarbonate de bisphénol A.

B.2. Une des voies de synthèse du DPC met en jeu l'urée de formule N ₂H ₄ CO, cette dernière étant produite à partir de dioxyde de carbone. Les étapes de la synthèse du DPC sont les suivantes :

La production annuelle d'urée est de de l'ordre de 120 milliards de kilogrammes.

B.2.1. Déterminer la quantité de matière de dioxyde de carbone consommé si l'intégralité de l'urée était préparée par la voie indiquée ci-dessus.

B.2.2. Un véhicule neuf émet en moyenne 112 g de CO ₂ par km et roule en moyenne 13 000 km par an. Déterminer le nombre de véhicules dont l'émission de CO ₂ serait compensée par la synthèse de l'urée pour une durée d'un an. Commenter le résultat.
ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE (p14/15) Questions A.2.4. et A.2.7. Évolution des quantités de matière de COCl₂ en fonction du temps au cours des expériences 1 et 2

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Synthèse du polycarbonate de bisphénol physik.fr

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Fermentation de la pâte à pizza napolitaine                                                          Liban 2022 Sujet 1

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Fermentation de la pâte à pizza napolitaine                                                          Liban 2022 Sujet 1

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Liban 2022 Sujet 1

Exercice 1- (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 22-PYCJ1LR1

La " Pizza Napoletana " se présente comme un aliment de forme arrondie cuit au four, au diamètre variable qui ne doit pas dépasser 35 cm, au bord surélevé et dont la partie centrale est garnie. La partie centrale a une épaisseur de 0,4 cm, avec une tolérance admise de ± 10 %, et le bord de 1 à 2 cm. La pizza dans son ensemble est tendre, élastique, facilement pliable en quatre.

D'après Journal Officiel de l'Union européenne 14.2.2008
Pour réussir une bonne pizza napolitaine, le repos de la pâte s'avère crucial. Lors de ce repos, la pâte gonfle : elle " s'aère " et les arômes se développent.

Les ingrédients de base d'une pâte à pizza napolitaine sont la farine, l'eau, le sel et la levure de boulanger. Cette dernière est composée de plusieurs souches de Saccharomyces cerevisiae, un champignon unicellulaire. Utilisée dans la fabrication de la pâte, la levure permet la dégradation des différents sucres présents (saccharose, glucose et maltose notamment) non seulement en dioxyde de carbone mais aussi en de nombreux composés aromatiques (dont des aldéhydes) responsables du goût de la pâte.

L'une des transformations chimiques responsables du gonflement de la pâte est la fermentation éthanolique, qui produit de l'éthanol et du dioxyde de carbone à partir de glucose ; elle est modélisée par la réaction dont l'équation est la suivante :
D'après H.-D. Belitz, W. Grosh, P. Schierberle, Food Chemistry 4th ed., Springer 1. Gonflement de la pâte et production de dioxyde de carbone
Les évolutions temporelles des quantités d'éthanol, de glucose et de dioxyde de carbone, lors d'un essai de fermentation à partir de 100 g de farine, sont représentées graphiquement par les trois courbes ci-dessous.

D'après Mapping of Saccharomyces cerevisiae metabolites in fermenting wheat straight-dough reveals succinic acid as pH-determining factor, Jayaram and coll., Food Chemistry 136 (2013) 301-308
1.1. Vérifier qualitativement la cohérence des évolutions temporelles présentées avec la modélisation de la fermentation proposée.

1.2. La hauteur de la pâte augmente au cours du temps. Identifier l'espèce chimique qui en est responsable.

1.3. On admet pour simplifier que la réaction est étudiée dans un milieu réactionnel de volume constant V = 1 L. Déterminer la valeur de la vitesse volumique moyenne d'apparition de l'éthanol sur une durée de 3 h. Déterminer également la vitesse volumique moyenne de disparition du glucose pour une même durée.

1.4. Effectuer le rapport entre ces deux valeurs de vitesse et indiquer si ce rapport est cohérent ou non avec la modélisation de la fermentation proposée.

1.5. La vitesse de disparition du glucose est-elle plus élevée ou plus faible que celle attendue ? Proposer une explication à cette observation expérimentale en relation avec la composition de la pâte.

1.6. Modélisation de la vitesse de la réaction

1.6.1. Parmi les deux modèles d'évolution temporelle de la quantité de dioxyde de carbone représentés ci-après, indiquer celui qui modélise le mieux les résultats expérimentaux.

1.6.2. Dans le cadre du modèle choisi, préciser, en justifiant la réponse, si la vitesse d'apparition du dioxyde de carbone a une valeur constante ou non pendant la durée de l'expérience.

1.6.3. À l'aide de la définition d'une loi de vitesse d'ordre 1, expliquer qualitativement comment varie au cours du temps la vitesse d'apparition d'une espèce chimique qui suit une loi de vitesse d'ordre 1.

1.6.4. En raisonnant sur le coefficient directeur des tangentes aux courbes, expliquer, parmi les évolutions présentées à la question 1.6.1, laquelle peut modéliser une loi de vitesse d'ordre 1.

1.6.5. En déduire si la réaction de production de dioxyde de carbone dans la pâte suit une loi de vitesse d'ordre 1.
2. Acidification de la pâte et production de dioxyde de carbone
Lors de la fermentation, des mesures du pH de la pâte ont montré une acidification, le pH évoluant d'une valeur de 6,0 à environ 4,8.

Dans un premier temps, on peut supposer que l'acidification de la pâte est uniquement liée à la production de dioxyde de carbone. En effet, la forme solvatée du dioxyde de carbone, également appelée acide carbonique et notée (CO ₂, H ₂O)(aq), est l'acide du couple acide-base (CO ₂,H ₂O)(aq) / HCO ₃⁻ (aq) dont le a pour valeur 6,37.

L'équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre le dioxyde de carbone solvaté et l'eau peut s'écrire :

2.1. Donner l'expression reliant le pH d'une solution et la concentration en ions oxonium [], puis indiquer qualitativement pourquoi la production de dioxyde de carbone au sein de la pâte peut être responsable de la baisse du pH observée.

2.2. Donner, à l'équilibre, la relation entre le quotient de réaction et la constante d'équilibre. Écrire l'expression de la constante d'équilibre en fonction des concentrations à l'équilibre des différentes espèces chimiques.

Pour évaluer l'influence de l'acide carbonique sur la diminution du pH, on réalise une solution de volume V = 50 mL, de concentration c = 7,0×10⁻⁶ mol·L⁻¹ en dioxyde de carbone solvaté apporté qui correspond à la concentration en dioxyde de carbone dans la pâte en fin de levée. La mesure du pH de cette solution donne une valeur de pH = 5,8.

2.3. Justifier l'égalité des concentrations en H ₃O⁺ et en HCO ₃ ⁻ à l'équilibre chimique.

2.4. À l'aide de l'expression de la constante d'équilibre en fonction des concentrations à l'équilibre, déterminer la valeur de la concentration en dioxyde de carbone solvaté à l'équilibre. Commenter.
3. Rôle de l'acide succinique produit lors de la fermentation de la pâte
Pour expliquer la baisse de pH observée, on envisage l'effet des autres acides produits lors de la fermentation, notamment l'acide succinique, dont la formule topologique est donnée ci-contre.

Données concernant l'acide succinique :

Données en spectroscopie IR

3.1. Représenter la formule semi-développée de l'acide succinique. Justifier le fait que cet acide soit qualifié de " diacide ".

3.2. Choisir et justifier quel est le nom de l'acide succinique en nomenclature officielle, parmi les 4 propositions suivantes :

3.3. Montrer que le spectre infrarouge présenté ci-après est cohérent et peut être attribué à l'acide succinique.

Transmittance (en %) en fonction du nombre d'onde (en cm⁻¹)

3.4. Établir le diagramme de prédominance des différentes espèces acide-base issues de l'acide succinique qui peuvent éventuellement être présentes dans la pâte.

3.5. Une de ces espèces peut être qualifiée d'amphotère. Identifier cette espèce et justifier ce choix.

Pour montrer l'influence de l'acide succinique sur la baisse de pH, on envisage de réaliser 50 mL d'une solution de concentration 0,031 mol·L⁻¹ en acide succinique apporté (concentration à la fin de la levée de la pâte) et de mesurer son pH. La valeur du pH mesuré vaut 5,0.

3.6. Déterminer la valeur de la masse d'acide succinique à prélever pour préparer par dissolution 50,0 mL d'une solution de concentration 0,031 mol·L⁻¹.

3.7. Écrire le protocole succinct permettant de réaliser cette solution en précisant le matériel nécessaire et les différentes étapes.

3.8. Expliquer pourquoi l'hypothèse d'un lien entre acidification de la pâte et production d'acide succinique semble plausible.

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Fermentation de la pâte à pizza napolitaine

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Fermentation de la pâte à pizza napolitaine physik.fr

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Le vin et ses composants                           Asie 2022 Sujet 1

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Le vin et ses composants                           Asie 2022 Sujet 1

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Asie 2022 Sujet 1

Exercice 1- (10 points) - Commun à tous les candidats - Durée 1h45 - Calculatrice autorisée

Sujet n° 22-PYCJ1JA1

Un vin est une solution aqueuse qui contient en proportions diverses : des alcools (éthanol, glycérol...), des acides carboxyliques (acide citrique, acide tartrique, acide malique...), des esters (dont l'éthanoate d'éthyle), du dioxyde de soufre, des tanins, des sucres, des ions fer (II) Fe ²⁺ et fer Fe ³⁺, etc. Ces différents composants contribuent à la saveur du vin.

Dans cet exercice, on s'intéresse à deux de ces composants :

Dans cet exercice, on s'intéresse à deux de ces composants :

le fer, susceptible de causer la " casse " d'un vin blanc (partie A) ;

un ester, l'éthanoate d'éthyle, qui contribue à l'arôme du vin (partie B).

Partie A - Dosage spectrophotométrique des ions fer dans un vin
Un vin blanc contient du fer sous forme d'ions fer (II), Fe ²⁺(aq), et fer (III), Fe ³⁺(aq). Ce fer provient en faibles proportions du raisin. Pour la majeure partie, il provient du matériel utilisé lors de la vinification.

Si la teneur en fer dépasse 10 mg·L⁻¹, on peut craindre la formation d'un précipité blanc dans le vin à l'origine d'un trouble appelé casse blanche pour le vin blanc.

L'objectif de cette partie A est de déterminer le risque de casse blanche d'un vin blanc.

Pour cela, on procède à un titrage spectrophotométrique des ions fer après les avoir fait réagir avec des ions thiocyanate pour former une espèce colorée en solution. En pratique, on procède ainsi :

On oxyde la totalité des ions fer (II) en ions fer (III) par ajout d'eau oxygénée en milieu acide.

On ajoute une solution de thiocyanate de potassium pour faire réagir les ions fer (III) avec les ions thiocyanate et former des ions thiocyanatofer(III) [Fe(SCN)]²⁺(aq), selon l'équation de réaction :

On obtient une solution aqueuse dont la couleur rouge est due aux ions [Fe(SCN)]²⁺(aq).

On procède à un titrage par spectrophotométrie après avoir réalisé un étalonnage. On détermine ainsi la concentration en masse en ion fer (III) correspondant à la concentration totale en masse des ions fer (II) et (III).

Données :

Cercle chromatique. Dans cette présentation, les couleurs complémentaires sont placées en vis-à-vis sur un même diamètre.

Réglage du spectrophotomètre
On donne ci-dessous le spectre d'absorption de l'ion [Fe(SCN)] ²⁺ en phase aqueuse.

1. Indiquer la couleur correspondant aux radiations les plus absorbées par l'ion [Fe(SCN)] ²⁺ et justifier ainsi la couleur de la solution.

La couleur absorbée correspond à λ max=490 nm couleur cyan.

Sa couleur est la couleur complémentaire du cyan (couleur opposée sur la cercle chromatique) : le rouge.

La solution est donc de couleur rouge.

2. Proposer une longueur d'onde à utiliser pour réaliser le titrage.
Préparation des solutions étalons
Pour préparer les solutions étalons, on met en œuvre le protocole suivant :

Préparer 5 solutions étalons d'ions fer (III) numérotées de 1 à 5 par dilution d'une solution mère S0 d'ions fer (III) de concentration en masse en ions fer (III) égale à 𝑡₀ = 100 mg ⋅ L−1.

Verser 10,0 mL de chaque solution dans un bécher.

Ajouter 1,0 mL d'acide chlorhydrique concentré et 1,0 mL de solution de thiocyanate de potassium de concentration molaire égale à 1,0 mol·L⁻¹.

Les ions thiocyanate sont alors en excès dans chacune des solutions.

3. Préciser pourquoi il est nécessaire que les ions thiocyanate soient apportés en excès dans chaque solution.

" on ajoute une solution de thiocianate de potassium pour faire réagir les ions fer (III) avec les ions thiocianate et former des ions thiocianatofer(II) [Fe(SCN)] ²⁺ selon l'équation :

Pour que tous les ions Fe ³⁺ réagissent il faut qu'ils ne constituent pas le réactif limitant. Ainsi, on apporte les ions thiocianate SCN ⁻ en excès.

4. Déterminer le volume de solution mère S ₀ à prélever pour préparer = 50,0 mL de la solution étalon n° 2.

Lors d'une dilution, la quantité de matière se conserve :

Mesures et analyse
Pour déterminer la teneur en fer du vin blanc étudié, on prépare une solution de vin, notée SV, en mélangeant :

10,0 mL de vin blanc,

1,0 mL d'acide chlorhydrique concentré et 1,0 mL de solution de thiocyanate de potassium de concentration molaire égale à 1,0 mol·L⁻¹,

4 gouttes d'eau oxygénée à 20 volumes (sans incidence sur le volume).

Par la suite :

On mesure l'absorbance des 5 solutions étalons.

On trace une courbe d'étalonnage.

On mesure l'absorbance de la solution de vin SV.

On a placé les points des mesures dans un graphique donnant l'absorbance en fonction de la concentration. La droite a été ajoutée pour mettre en évidence une tendance dans la répartition des points de mesure.

5. Préciser la forme de la relation entre l'absorbance A et la concentration massique t ainsi mise en évidence. Donner le nom de la loi correspondante.

Le graphique est une droite passant par l'origine : A et t sont proportionnel ainsi A=Kt .

C'est la loi de Beer Lambert.

Pour la solution de vin, on trouve : = 0,16.

6. Déterminer si le vin étudié présente un risque de casse blanche. Justifier.

Graphiquement pour A V=0,16 : t V=1,4 mg/L

On à préparé S V en mélangeant 10 mL de vin blanc, 1,0 mL d'acide chlorhydrique et 1,0 mL de solution de thiocianate de potassium soit V V=12 mL. Le vin à subit une dilution. Lors d'une dilution, la quantité de matière se conserve :

La teneur est inferieure à 10mg/L, il n'y a pas de risque de casse blanche.
Partie B - Synthèse d'un ester du vin en laboratoire
Les esters sont des molécules organiques qui participent à la richesse de l'arôme d'un vin. La synthèse de ces esters lors du processus biologique de vinification est lente et peut durer plusieurs mois.

Dans cette partie, on s'intéresse à cette durée de plusieurs mois mentionnée comme nécessaire à la production des esters en cherchant à la relier aux conditions expérimentales. Pour cela, on étudie la formation de l'un de ces esters au cours du temps, l'éthanoate d'éthyle, suivant un protocole en laboratoire.

L'équation de la réaction de synthèse de l'éthanoate d'éthyle est :

Données :

Pour réaliser l'étude cinétique de cette synthèse, on met en œuvre le protocole suivant.

Mélanger 115 mL d'acide éthanoïque pur et 117 mL d'éthanol pur. Conserver le mélange dans un bain eau-glace.

Introduire 2,0 mL du mélange réactionnel dans 7 tubes numérotés de 0 à 6. Les conserver dans un bain eau-glace.

Préparer une burette graduée contenant une solution d'hydroxyde de sodium (Na⁺(aq) + HO⁻ (aq)) de concentration 𝐶𝐵 = 1,0 mol ⋅ L−1.

À la date 𝑡 = 0 :
Immerger les tubes 1 à 6 dans un bain marie d'eau bouillante.

Placer le tube 0 à température ambiante.

Aux dates = 2 min, = 7 min, = 12 min, = 20 min, = 35 min et = 50 min :
Retirer du bain-marie le tube " 𝑖 " correspondant à la date " 𝑡𝑖 " et le plonger immédiatement dans un bain eau-glace.

Titrer l'acide éthanoïque du milieu réactionnel du tube " 𝑖 " par une solution d'hydroxyde de sodium.

7. Expliquer pourquoi le mélange réactionnel est placé dans un bain d'eau glacée avant l'instant 𝑡 = 0 et avant titrage.

On place le mélange réactionnel dans un bain d'eau glacée pour stopper la réaction.

Avant l'instant t=0 pour que la réaction ne débute pas.

Avant le titrage pour que la réaction s'arête et doser sans que la quantité restante d'acide éthanoïque ne change.

8. Montrer que le mélange réactionnel préparé est équimolaire.

Les réactifs ont été introduits dans les proportions stoechiométrique.

9. Vérifier que la quantité d'acide contenu dans chaque tube à la date 𝑡 = 0 est :

Après avoir refroidi un tube pour stopper la réaction d'estérification, on procède au titrage de l'acide éthanoïque restant dans le tube à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration 𝐶𝐵, en présence de bleu de thymol. Pour le tube " 𝑖 ", le volume de la solution titrante versée à l'équivalence est noté 𝑉 𝐵,𝑖.

La réaction support du titrage a pour équation :

10. Expliquer le rôle du bleu de thymol.

Le bleu de thymol jour le rôle d'indicateur coloré. Il permet d'identifier l'équivalence lors du titrage.

11. Définir l'équivalence pour la réaction support de titrage (2).

A l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stoechiométrique :

12. En déduire que la quantité d'acide restant à la date t𝑖 dans un tube " 𝑖 " est donnée par :

On note n 𝑖 la quantité d'éthanoate d'éthyle produite dans le tube " 𝑖 ". On cherche à relier cette quantité 𝑛𝑖 à la quantité d'acide restante .

13. Etablir le tableau d'avancement de la transformation chimique modélisée par la réaction (1) faisant apparaitre l'état initial (avancement 𝑥 = 0) et l'état final (avancement 𝑥𝑓).

Construisons un tableau d'avancement :

14. Montrer que la quantité 𝑛𝑖 d'éthanoate d'éthyle présente dans un tube " 𝑖 " à la date 𝑡𝑖 est donnée par la relation :

Soit la n i quantité d'éthanoate d'éthyle produite dans le tube " i " :

Le tableau ci-dessous regroupe les résultats expérimentaux.

15. Donner la valeur de la quantité de matière 𝑛 ₂ manquante dans le tableau.

Le graphique représentant la quantité de matière n𝑖 d'ester formé en fonction du temps est disponible en ANNEXE PAGE 15/16 À RENDRE AVEC LA COPIE.

16. Indiquer qualitativement comment évolue la vitesse volumique d'apparition de l'ester au cours du temps.

Or la dérivée se calcul en trouvant le coefficient directeur de la tangente en un point de la courbe.

Graphiquement le coefficient directeur de la tangente diminue au cours du temps.

17. Déterminer la valeur de la vitesse volumique d'apparition de l'ester à la date t = 20 min.

18. Définir le temps de demi-réaction t 1/2 et le déterminer par une construction graphique sur la courbe EN ANNEXE PAGE 15/16 À RENDRE AVEC LA COPIE.

t 1/2 est la durée nécessaire pour que la concentration du réactif atteigne la moitié de sa valeur initiale : x(t 1/2) = x f/2.

19. Comparer ce temps de demi-réaction à l'échelle de temps évoquée en introduction pour la production des esters dans le vin. Proposer une explication à l'écart en raisonnant sur les paramètres pouvant avoir une incidence sur la valeur de t 1/2.

" La synthèse de ces esters lors du processus biologique de vinification est lente et peut durer plusieurs mois. "

Nous avons un t 1/2 très inferieur à l'échelle de temps évoque de 1 mois.

Une hypothèse pouvant expliquer l'écart :

Dans notre expérience les réactifs sont purs, ils ne sont pas dilués. La concentration est élevée, ainsi la vitesse de réaction est plus élevée.
ANNEXE PAGE 15/16 À RENDRE AVEC LA COPIE.

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CH 4 - Suivi temporel et modélisation macroscopique-2

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corrigé Hachette terminale spécialité chap 4

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