Académie de Rennes/ Brest - The value of 2010/Rennes/concours 2010... · Citer une autre catégorie…

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    10-Sep-2018

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  • Acadmie de Rennes/ Brest

    Olympiades de chimie 2009-2010

    Chimie, Agro-Ressources

    Concours Dure : 2h45

    Nom :

    Prnom :

    Lyce : Srie :

    Les questions sont indpendantes. Les rponses (pas de calculs sur la feuille) doivent tre donnes dans les emplacements prvus cet effet sans trop de dveloppement et les calculatrices sont autorises.

    PARTIE I : LES BIOCARBURANTS

    I. Chimie et dveloppement durable

    1. Quest ce que le dveloppement durable.

  • 2 Comment peut-on dfinir un biocarburant ?

    3. Les agro ressources contiennent, en grande quantit, des molcules carbones, le plus souvent non toxiques, biodgradables et polyfonctionnelles.

    Une premire catgorie de produits issue de ces agro ressources est constitue de polysaccharides.

    Citer deux exemples de produits chimiques faisant partie des polysaccharides.

    4. Des polysaccharides peuvent tre extraits du bl.

    Citer deux autres exemples de plantes dont sont extraits des polysaccharides.

    5. Citer une autre catgorie de produits faisant partie des agro ressources et conduisant, entre autres, au diester.

    II. Biocarburants et effet de serre.

  • Influence des biocarburants sur leffet de serre

    Cocher la bonne case

    1. Les biocarburants :

    Laugmentent Le laissent pratiquement inchang Le diminuent

    2. Justifier la rponse prcdente

    3. Donner lquation de la synthse chlorophyllienne en notant C6(H2O)6 le sucre form.

    III. Synthse dun diester.

    La transestrification permet de transformer un alcool et un ester ( naturel , prsent dans lhuile de colza) en un autre

    ester ( ici le biocarburant parfois appel diester) et un autre alcool ( ici, le glycrol ).

    Un acide ou une base est souvent utilis comme catalyseur

    Equation de la transestrification :

    O C R

    O C R

    O C R

    O

    O

    O+

    =

    OH

    OH

    OH

    +

    glycrol on considrera que lhuile de colza est constitue uniquement de triolate de glycryle ( triester form partir de glycrol et dacide olique ). Lacide olique (acide (Z) octadc-9-noque) de formule brute C18H34O2 a pour formule topologique :

    3 Ethanol =

    R= C17H33

    3 EEC

  • 1 Vrai ou Faux ? A Le biodiesel, biogazole (en France, on parle aussi de Diester qui est une marque dpose, par contraction des mots diesel et ester), est un carburant obtenu partir d'huile vgtale ou animale transforme par un procd chimique appel transestrification

    .

    B La transformation des huiles ou des graisses en esters thyliques permet de rduire la viscosit

    ..

    2

    Donner les formules brute et semi-dveloppe de lthanol.

    3. Citer un autre alcool utilis pour raliser une transestrification des huiles vgtales.

    4. Ecrire les formules brute et semi-dveloppe du glycrol. Identifier ses fonctions et donner son nom en nomenclature officielle.

    5.

    En dduire la formule de LEEC.

    6. Aprs avoir rappeler la dfinition dun catalyseur, citer un catalyseur utilis lors dune transestrification.

  • 7. Synthse du diester :mode opratoire

    La synthse a t ralis partir de 50mL dthanol et de 50 mL dhuile de colza. Pour raliser cette raction, on ajoute une spatule de pastille dhydroxyde de sodium. On porte lensemble bullition pendant 20min via un montage reflux.

    M (g.mol-1) d Tb(C)

    huile de colza 884 0,91 insoluble dans leau et dans lthanol

    glycrol 92 1,25 290 soluble dans leau et dans lthanol

    thanol 46 0,79 78 soluble dans leau

    olate dthyle (EEC) 310 0,89 insoluble dans leau, soluble dans lthanol

    Aprs avoir dtermin le ractif limitant, en dduire la masse maximale d olate dthyle(EEC) susceptible dtre obtenue

    IV. Montages et scurit.

  • . Montage de chauffage reflux.

    1 Complter la lgende, ci-dessous, dun montage reflux utilisant une agitation magntique chauffante:

    .

    2 Prciser les points de scurit concernant ce montage vrifier avant de commencer le chauffage.(Complter le montage si ncessaire)

    .

    3 Indiquer le rle dun tel montage.

    4 Donner la signification des ces pictogrammes de scurit.

    1

    Lgende du schma

    1.

    2.

    3.

    4.

    2

    3

    4

  • PARTIE II : LES TENSIOACTIFS ET LE DEAN-STARK

    I. Etude dune composition pharmaceutique

    Certains tensioactifs permettent dobtenir des mulsions. Les mulsions sont utilises dans des domaines divers. Ce sujet prsente un exemple dmulsion dont le brevet a t dlivr par loffice europen des brevets en 1994 un laboratoire suisse. Le brevet est prsent comme suit : la prsente invention a pour objet une nouvelle composition usage cosmtique ou pharmaceutique [ ] Pour linstant on ne dispose pas de composition associant les effets de la vitamine A et du peroxyde doxygne et permettant en outre de fournir lnergie dont la cellule a besoin. La nouvelle composition selon linvention fournit cette nergie. Linvention a prcisment pour objet une composition contenant de la vitamine A sous forme dester ou dacide et du glucose en association avec une mulsion aqueuse stable de peroxyde dhydrogne. [ ] Dans des conditions in vivo, la dgradation oxydative de 1 mole de glucose ( C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O ) conduit la formation de 38 moles dadnosine triphosphate (ATP) accompagne dune nergie de 690 kcal ... .

    Voici un des exemples cits dans le brevet :

    Donnes : lalcool ctylique est lhexadcan-1ol en nomenclature systmatique et est issu des huiles de palme et palmiste, lalcool starylique est loctadcan-1ol

  • La vaseline est un mlange dhydrocarbures (C>25) , la vaseline officinale est une pommade grasse incolore, totalement insoluble dans leau. La paraffine liquide est un mlange dhydrocarbures saturs chane linaire (CnH2n+2 avec n de 8 19). Lacide starique a pour formule CH3-[CH2]16-COOH. Formule de la vitamine A ou rtinol

    1. Donner une reprsentation schmatique dun tensioactif (avec la lgende) :

    2. Pourquoi les alcools ctylique et starylique peuvent-ils servir dmulsifiants pour cette prparation ? (quelles sont les caractristiques de ces 2 molcules qui correspondent des tensioactifs ayant des proprits mulsifiantes) 3.Pourquoi lauteur du texte prsent ci-dessus crit-il phase de type huile et phase de type eau pour la composition dcrite ? Quel type de molcule contient une huile ? Comment se fait lmulsion ? (faire un dessin)

    4.Donner la formule du triester du glycrol obtenu avec lacide starique, appel la starine. Quelle est la caractristique de la chane carbone de lacide starique ?

  • 5. Lacide rtinoque de la composition est driv du rtinol ou vitamine A, donner la formule sachant que le nombre de C est inchang

    6.Les alcools ctylique et starylique sont-ils issus dagro-ressources ? et la paraffine ?

    7.Comment nomme-t-on dans le langage courant le peroxyde doxygne et quelle est sa formule ? Quel est son rle dans la composition , par quel processus ? 8.Dans la prparation de lmulsifiant mis au point lcole de chimie de Rennes, la partie hydrophile provient de la glycine btane. De quelle ressource provient cette glycine btane et pourquoi peut-on considrer que cette prparation respecte plus les principes de la chimie verte que la composition pharmaceutique dcrite prcedement ?

    II. Une estrification en Dean-Stark

    Dans cette partie, on sintresse la synthse dun ester partir dun acide carboxylique et dun alcool : lthanoate de benzyle qui est lun des constituants de lessence de jasmin.

    Mode opratoire :

  • On introduit dans un ballon : 1,20 g dacide thanoque, 21,6 g dalcool benzylique (C6H5 CH2OH), une pointe de spatule dacide paratolunesulfonique (servant de catalyseur), 10 mL de cyclohexane et quelques billes de verre. On surmonte le ballon dun Dean-Stark et on laisse chauffer doucement reflux pendant 45 min. Au cours de la manipulation, on observe dans le Dean-Stark deux phases : de leau et du cyclohexane. A la fin du chauffage, le contenu du ballon est trait et on recueille aprs plusieurs oprations 5,2 mL dester purifi. Donnes : M(H) = 1,00 g.mol-1 ; M(C) = 12,00 g.mol-1 ; M(O) = 16,00 g.mol-1 ; densits : d(H2O) = 1,00 ; d(cyclohexane) = 0,78 ; d(thanoate de benzyle) = 1,06

    1. Quel nom porte cette raction de synthse ? 2. Ecrire lquation bilan de cette raction 3.Choisir dans la liste suivante les termes appropris une telle raction : Lente Rapide Totale Pouvant se raliser dans les deux sens

    4. Pourquoi est-il ncessaire de chauffer au cours de cette synthse ?

    5. Quel est lintrt dutiliser un catalyseur? Datteindre plus rapidement ltat dquilibre? De dplacer lquilibre en faveur de lester ?

    6. Faire un schma du Dean-Stark, et indiquer la nature des deux phases prsentes, en justifiant leurs positions relatives.

  • 7. Expliquer le rle du Dean-Stark et son intrt. 8. Par quel autre ractif aurait-on pu remplacer lacide thanoque pour avoir une raction totale 9. Calculer les quantits des ractifs introduits prsents dans lquation bilan. 10. Construire un tableau davancement, dans lequel figurent les avancements chimiques un instant quelconque et ltat final, dans le cas o la raction est considre comme totale. 11. Calculer la quantit maximale deau quon peut recueillir dans le Dean-Stark. A quel volume correspond-elle ? 12. Calculer le rendement de cette synthse.

  • 13. Comment pourrait-on obtenir la mme molcule avec des matires premires renouvelables au lieu dutiliser des produits issus de la ptrochimie ?

  • PartieIII : Obtention dun polymre partir dagroressources

    Voici la molcule de furfural :

    -Fig1-Furfural

    1: Quelle matire premire avez-vous utilise pour obtenir cette molcule ? Quel intrt y voyez-vous ?

    2 A quelle famille de compos organique appartient-elle ? Expliciter deux tests caractristiques de cette famille.

    3 : Citer le nom de deux tapes qui permettent de passer de la matire premire au monomre.

    O

    O

  • 3

    OH

    OH OH

    OH RO

    OH

    OH

    R

    OO

    OHOH OH

    RO

    O RO

    H3O+

    quilibre cto-nolique dshydratation

    Il manque une tape dans ce processus de formation du furfural : donner son nom et complter lquation.

    4: Faire le schma du montage ncessaire pour raliser ce processus.

    5: A la fin du processus prcdent, on spare la phase qui contient le furfural laide dune ampoule dcanter : rappeler comment dterminer exprimentalement la position de la phase aqueuse par rapport la phase organique ? Dans quelle phase est alors le furfural ? Quel est le rle du sulfate de magnsium anhydre quon introduit dans la phase utile ?

  • 6: Par quelle mthode isole-t-on ensuite le furfural brut ? Expliquer son principe.

    7:

    Quel est le nom de la molcule ci-dessus ? A quelle famille appartient-elle ? Pourquoi ?

    8 : Vous avez fabriqu en TP un polymre en utilisant comme matire premire une molcule extraite du mas. On peut aussi, par exemple, fabriquer des sacs plastiques base damidon de mas. Ces sacs prsentent lavantage de se biodgrader totalement en quelques mois, soit par compostage, soit par enfouissement dans la terre.

    Lamidon est form de deux types de polymres du glucose :

    - lamylose (15 30 % en masse de lamidon) - lamylopectine (70 85 % en masse de lamidon)

    OO

  • a. Donner la dfinition dun polymre.

    b. Donner les motifs de chacun des polymres ci-dessus.

  • c. QCM :

    1. Un biopolymre est :

    un polymre biodgradable,

    un polymre naturel,

    un polymre utilis en mdecine.

    2. un bioplastique est :

    une matire plastique naturelle,

    une matire pouvant tre utilise dans le corps humain sans risque de rejet,

    une matire plastique fabrique partir dun polymre naturel.

    3. Une des molcule ci-dessus est ramifie ; il sagit de :

    lamylose,

    l amylopectine.

    4. Dans le motif de lamylose, le nombre de groupes alcool primaire est de :

    1

    2

    3

    5. Dans le motif de lamylose, le nombre de groupes alcool secondaire est de :

    1

    2

    3

    6. Le test permettant de caractriser les alcools primaires et secondaires est :

    une raction mettant en jeu les ion MnO4-

    une raction mettant en jeu la liqueur de Fehling,

    une raction mettant en jeu la DNPH

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