Académie de Rennes Olympiades de chimie 2003 2004/Rennes/SujetOlympiades20 · ... le sujet s’inspire…

  • Published on
    16-Sep-2018

  • View
    212

  • Download
    0

Transcript

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 1 - NOM : Prnom : Lyce : NB : le sujet sinspire des diffrents TP, de la confrence et de la visite. Les rponses doivent exclusivement tre donnes dans les emplacements prvus cet effet sans trop de dveloppements Premire partie : les colorants

    1. Gnralits a) Donner les longueurs donde limitant le domaine du visible :

    b) Pourquoi les matriaux colors classiques apparaissent-t-ils tous noirs lobscurit ?

    c) Le chlorure de cobalt II absorbe dans le vert (520 nm). Quelle est sa couleur ?

    d) Citer au moins deux domaines dapplication des colorants :

    2.Les pigments

    a) Donner la dfinition dun pigment :

    b) Citer un pigment :

    c) On mlange dans un tube essai une solution de nitrate de plomb Pb(NO3)2 et une solution de chromate de potassium K2CrO4. On observe rapidement la formation dun solide jaune utilis autrefois dans les peintures. Ecrire lquation de la raction chimique :

    d) Ces peintures ne sont plus autorises car elles provoquent une maladie le saturnisme . A lingestion de quel mtal lourd cette maladie est-elle due et qui sont les principales victimes ?

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 2 - 3.Les colorants organiques

    a) Citer deux colorants organiques (ou des indicateurs colors organiques)

    b) On donne la formule du lycopne conduisant aux carotnodes. Expliquer pourquoi il absorbe dans le visible :

    Lycopne :

    c) Donner la dfinition dun indicateur color acide-base :

    d) Le rouge para est un colorant organique synthtis en TP partir de la paranitroaniline, dacide nitreux et de ?-naphtol. On obtient le colorant de formule suivante :

    OH

    NN

    NO2Rouge para

    De quel type de colorant sagit-il ? Indiquer sa liaison caractristique.

    4. Questions sur les manipulations

    a) Dfinir une solution tampon:

    b) Comment fabriquer un tampon ammoniacal de pH compris entre 9 et 10 ? pKa (NH4

    + / NH3) = 9,2

    c) Ecrire la raction de dcomposition de l'eau oxygne en eau et en dioxygne :

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 3 - d) Une eau oxygne N volumes libre N litres de dioxygne par litre de solution ? Calculer la concentration en mol.L-1 dune eau oxygne 90 volumes : (le volume molaire du dioxygne est de 22,4 Litres)

    5. Les cheveux

    a) Quel est le diamtre moyen dun cheveu : 2 nm, 20 nm, 200 nm, 2 ? m, 20 ? m, 200 ? m ?

    b) Quel est le nom de la protine fibreuse des cheveux ?

    c) Quels principaux acides amins contient-elle ? (lun est soufr) Donner leur formule semi -dveloppe

    d) La mlanine est un pigment naturel drivant de la tyrosine :

    CO2

    OHNH3

    +

    -

    Sur la formule semi-dveloppe entourer les groupes caractristiques prsents dans la molcule et donner leur nom. Mettre en vidence le carbone asymtrique (*) de la tyrosine NB : un carbone asymtrique est un carbone ttradrique li 4 atomes ou groupes datomes diffrents.

    6. Coloration et dcoloration a) Pour dcolorer les cheveux foncs on peut utiliser de leau oxygne qui agit sur les pont disulfure de la kratine K-S-S-K en milieu basique, pour former du dioxygne et KS-. Ecrire lquation-bilan de la raction :

    b) Quel produit chimique utilise-t-on pour se placer en milieu basique ?

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 4 - c) On utilise en fait deux types de produits : la base (ex : 1,4-diaminobenzne) et le coupleur (ex : 1,3-diaminobenzne), en prsence doxydant. Donner lquation rdox formant la quinone diimine partir de leau oxygne et de la base.

    d) Les produits prcdents sont-ils dangereux ?

    Donner la signification des pictogrammes suivants prsents sur la fiche INRS de leau oxygne

    e) Quelle est la signification des initiales INRS ?

    Deuxime partie : la chimie de la mer (Gomar) 7. Le produit principal

    a) Le principal produit commercialis par Gomar est produit partir deau de mer et vendu en pharmacie. Donner son nom

    b) Quelle est la concentration de leau de mer en sel NaCl (en g.L-1) ? 10, 20, 30 ou 40 ?

    c) Donner la formule de lozone

    d) A quoi sert lozone dans le traitement ?

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 5 - 8. Les produits pour lagriculture

    a) Les produits destins lagriculture sont base de crme dalgue GA 14 (contenant le liquide intracellulaire de lalgue Ascophyllum nodosum) . O cette algue est-elle rcolte ?

    b) On ajoute cette crme dalgue des oligo-lments. Lesquels connaissez-vous ?

    c) Le produit iodus 40 est commercialis depuis 2002 par Gomar et synthtis partir de lalgue laminaire . Celle -ci contient un liciteur : la laminarine. Expliquer ce terme

    d) Sachant que la laminarine est un oligosaccharide de masse molaire molculaire de 4000 g.mol-1 ,

    calculer approximativement le nombre dunits glucose quelle contient.

    3 partie. Shampooings et formulation On peut se laver la tte avec du savon de Marseille !

    a) Quel type de tensio-actif contient un savon ?

    b) Indiquer la partie hydrophile de lion actif dans un savon.

    c) Comment sappelle la raction permettant dobtenir un savon partir dun corps gras ?

    d) Pourquoi le lavage avec un savon donne-t-il des cheveux ternes ?

    e) Pourquoi un rinage leau vinaigre limine-t-il linconvnient prcdent ?

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 6 -

    Heureusement il existe de trs bons shampooings Un tensio-actif trs utilis dans les shampooings est le laurylsulfate de sodium CH3-(CH2)11-O-SO2-O

    - + Na+

    f) A quelle classe de tensio-actifs appartient-il ?

    g) Donner la formule du lauryl sulfate dammonium.

    h) Dessiner une micelle forme par ce tensio-actif dans leau, est-elle directe ou inverse ?

    i) Quelles autres classes de tensio-actifs connaissez-vous ?

    NB. En fonction du nombre de groupements hydrophiles et lipophiles prsents, on dtermine des tensio-actifs ou surfactants qui ont une plus grande affinit pour leau ou pour lhuile. Pour raliser une mulsion huile dans eau, on a besoin dmulsifiants ayant une forte solubilit dans leau et inversement. Le choix de lmulsifiant est fonction de leffet recherch et pour aider faire ce choix, il a t dfini une chelle conventionnelle, appele valeur HLB (Hydrophilic Lypophilic Balance) qui indique le rapport des affinits envers leau et la graisse. Plus la valeur HLB est faible et plus laffinit de lmulsifiant pour la matire grasse est grande. Ainsi pour une valeur HLB de : 1 4 : Dispersants de la matire grasse 3 6 : Formateurs dmulsions eau dans huile 7 9 : Mouillants rapides 8 18 : Formateurs dmulsions huile dans eau j) Proposer une valeur de HLB pour un tensio-actif de shampooing

    k) Quest-ce quun liposome ?

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 7 - 4me partie SYNTHESE ORGANIQUE

    PREPARATION DU ? BROMOSTYRENE A PARTIR DE L ACIDE CINNAMIQUE Le ?-bromostyrne ou jasmin artificiel est utilis comme composant de nombreux parfums et dsodorisants. Sa prparation partir de lacide cinnamique se droule en deux tapes: a - Bromation de lacide cinnamique b Monodshydrobromation (limination de HBr) et dcarboxylation du driv dibrom DONNEES * Le dibrome M = 160 g.mol-1 d=3,l2 Soluble dans lacide actique, le chloroforme T f = -7C Teb=58C Le dibrome est un produit dlicat manipuler: Il met des vapeurs toxiques. On doit donc lutiliser le plus prs possible dune aspiration et viter tout dgagement de vapeurs (flacons ouverts, ampoule de coule, etc...). Eviter tout rcipient en plastique (en particulier les prouvettes). Son contact peut entraner des brlures, il faut donc le manipuler avec des gants, des lunettes. Avoir porte une solution de thiosulfate pour dtruire les rsidus. * Acide cinnamique (acide 3-phnylprop-2-ne oique) M = 148,16 g.mol-1 Tf = 133-134C Soluble dans le mthanol, lthanol et le chloroforme Irritant. * Acide dibromocinnamique M = 308 g.mo1-1 Se dcompose 240 C. Dbut de fusion 202-204C Soluble dans lthanol chaud, trs peu soluble dans leau froid Irritant : viter tout contact * ?-bromostyrne (1-bromo 2-phnylthne) M = 183,05 g.mol-1 T f = 7C Te = 219C avec dcomposition Soluble dans lthanol et dans lther Insoluble dans leau *solvant Chloroforme Teb = 61,7C Toxique, non inflammable MODE OPERATOIRE a. Bromation Equiper un racteur:

    1. dune ampoule brome ou ampoule de coule 2. dune agitation 3. dun rfrigrant de reflux 4. dun thermomtre

    Introduire 15 g dacide cinnamique dans 60 mL de chloroforme, chauffer ventuellement en maintenant la temprature infrieure 50C, jusqu dissolution complte. Laisser refroidir et additionner rapidement en 2 fois une solution de 16 g de dibrome dans 50 mL de chloroforme, en prenant soin dagiter fortement et en refroidissant la temprature du laboratoire. Aprs laddition laisser la raction se poursuivre, sans agitation, durant 30 minutes, la temprature du laboratoire. Lacide dibromocinnamique prcipite. Par lintermdiaire de lampoule brome introduire une solution de thiosulfate de sodium jusqu dcoloration totale du prcipit (agiter ventuellement). Filtrer sous pression rduite, laver le gteau avec quelques mL de thiosulfate de sodium. Essorer. Peser le produit humide. En prlever 4 g ; les faire scher, les peser sec et recristalliser dans un mlange thanol/eau (1/3, 2/3 en volumes). Prendre le point de fusion du produit recristallis.

    b. Elimination Porter reflux le reste de lacide dibromocinnamique avec 200 mL de Na2CO3 10 % jusqu dissolution complte du prcipit (environ 30 min). Ajouter environ 50 mL deau dans le ballon, et faire une hydrodistillation. Sparer la phase organique et scher le ? - bromostyrne sur du sulfate de magnsium. Peser. Faire une chromatographie en phase gazeuse dun chantillon de ?-bromostyrne.

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 8 - QUESTIONS 1. Faire le schma du montage de la bromation

    2. Pourquoi intercale-t-on parfois en sandwich entre deux feuilles de papier le produit filtrer sur Bchner ?

    3. Ecrire les quations-bilans des ractions de bromation et dlimination. Quels sont les produits obtenus ?

    4. A quoi sert la solution de thiosulfate de sodium qui dcolore le prcipit ? Ecrire lquation de la raction qui se produit.

    5. Comment peut-on mettre en vidence le dgagement gazeux qui se produit lors de la raction de dshydrohalognation ?

    6. Quel est le rle du carbonate de sodium ? Ecrire lquation correspondante.

    7. Calcul de rendements.Un total de 26g dacide dibromocinnamique a t rcupr. On a ensuite obtenu en partant de 22 g dacide dibromocinnamique , 11g de ? -bromostyrne. Calculer le rendement de chaque raction ainsi que le rendement global de la manipulation.

    8. Expliquer un des termes suivants : recristallisation, hydrodistillation

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 9 - 5me partie DOSAGE DE LACIDE THIOGLYCOLIQUE DONNEES : Diiode M = 127 g.mol-1 Acide thioglycolique M = 92 g mol-1 formule : HS-CH2-COOH PRINCIPE : Lacide thioglycolique peut tre dos laide de ractions doxydo-rduction. Il se forme un pont disulfure. On verse un excs de diiode de concentration connue ( note C = 0.05 mol.L-1 ) dans une solution commerciale de produit pour permanente, dilu 10 fois, puis on dose lexcs de diiode par une solution de thiosulfate de sodium ( S2O3

    2-, 2 Na + ) de concentration connue ( note C = 0,02 mol/L).???MODE OPERATOIRE _ Pipeter prcisment 10 mL de la solution dilue de permanente dans un erlenmeyer ; ajouter environ 20 mL dune solution dacide chlorhydrique de concentration 0,1 mol/L. _ Prlever prcisment 12 mL dune solution de diiode de concentration C et la verser progressivement dans la solution prcdente. _ Une fois le diiode totalement vers, une coloration brune doit persister. _Placer lerlen sur un agitateur magntique et y mettre un barreau aimant. _Placer la solution de thiosulfate de sodium de concentration C dans la burette. _Verser la solution titrante jusqu ce que la couleur de la solution contenue dans lerlenmeyer devienne jaune paille ; ajouter quelques gouttes de thiodne, la solution doit devenir bleutre ; continuer de verser le ractif titrant goutte goutte jusqu dcoloration totale de la solution. _ Noter la valeur du volume quivalent Ve. Comme souvent, on suppose trouver Ve proche de 10 mL

    1. Donner lquation-bilan de la raction entre le diiode et lacide thioglycolique.

    2. Donner lquation-bilan de la raction entre lexcs de diiode et les ions thiosulfate.

    Donne: Couple ttrathionate/thiosulfate : S4O62- / S2O3

    2-

    3. Que peut-on utiliser comme produit quivalent au thiodne, le thiodne en est une prparation particulire ?

    4. Pourquoi doit-on ajouter le thiodne en fin de dosage ?

    5. En dduire la concentration de lacide thioglycolique contenu dans la solution dilue de permanente puis dans la solution non dilue. Prendre Ve = 10 mL

    6. Des normes imposent un pourcentage massique maximal en acide thioglycolique gal 11% Votre rsultat est-il compatible avec cette donne ? (on supposera que 100 mL de solution correspondent une masse de 100g.)

  • Acadmie de Rennes Olympiades de chimie 2003-2004 : chimie et beaut concours rgional Dure 2h15

    - 10 -

Recommended

View more >