Exercices : Synthèse des Espèces ChimiquesTronc Commun Technologies
Exercice 1 : Synthèse de l’eau
Écrire l’équation de la synthèse de l’eau à partir du dihydrogène et du dioxygène. Calculer le volume de O₂ nécessaire pour synthétiser 36 g d’eau.
Solution :
\[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O \]
\[ n(H_2O) = \frac{36}{18} = 2\ mol \]
\[ n(O_2) = \frac{1}{2}n(H_2O) = 1\ mol \]
\[ V(O_2) = 1 \times 24 = 24\ L\ (CNTP) \]
H₂
O₂
H₂O
H₂
O₂
H₂O
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Exercice 2 : Synthèse du chlorure d’hydrogène
Décrire le protocole expérimental pour synthétiser du HCl gazeux à partir de H₂ et Cl₂. Quelles précautions prendre ?
Solution :
1. Introduire H₂ et Cl₂ dans un ballon en verre
2. Exposer à la lumière UV pour initier la réaction
3. La réaction est exothermique : H₂ + Cl₂ → 2HCl
Précautions :
– Travail sous hotte (gaz toxique)
– Éviter toute flamme (H₂ inflammable)
– Port de lunettes et gants
H₂ + Cl₂
→ HCl
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Exercice 3 : Synthèse de l’aspirine
L’acide salicylique (C₇H₆O₃) réagit avec l’anhydride acétique (C₄H₆O₃) pour former de l’aspirine (C₉H₈O₄). Équilibrer l’équation et calculer le rendement si on obtient 5 g d’aspirine à partir de 4 g d’acide salicylique.
Solution :
\[ C_7H_6O_3 + C_4H_6O_3 \rightarrow C_9H_8O_4 + CH_3COOH \]
\[ n_{théorique} = \frac{4}{138} ≈ 0,029\ mol \]
\[ m_{théorique} = 0,029 \times 180 ≈ 5,22\ g \]
\[ Rendement = \frac{5}{5,22} \times 100 ≈ 96\% \]
C₇H₆O₃
C₄H₆O₃
C₉H₈O₄
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Exercice 4 : Synthèse de l’ammoniac
Équilibrer l’équation de synthèse de l’ammoniac et calculer la masse d’ammoniac produite à partir de 10 L de N₂ (CNTP).
Solution :
\[ N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3 \]
\[ n(N_2) = \frac{10}{24} ≈ 0,417\ mol \]
\[ n(NH_3) = 2 \times 0,417 = 0,834\ mol \]
\[ m(NH_3) = 0,834 \times 17 ≈ 14,2\ g \]
N₂ + H₂
NH₃
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Exercice 5 : Synthèse de l’éthanoate d’éthyle
Décrire le montage pour synthétiser cet ester à partir d’acide éthanoïque et d’éthanol. Quel est le rôle de l’acide sulfurique ?
Solution :
Montage : Ballon + réfrigérant à boules (montage à reflux)
Équation : CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Rôle H₂SO₄ : Catalyseur et absorbeur d’eau (déplace l’équilibre)
Reflux
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Exercice 6 : Synthèse du savon
Écrire l’équation de saponification du stéarate de glycéryle (C₅₇H₁₁₀O₆) avec NaOH. Quel est le nom du processus inverse ?
Solution :
\[ C_{57}H_{110}O_6 + 3NaOH \rightarrow 3C_{17}H_{35}COONa + C_3H_8O_3 \]
Processus inverse : Estérification
Triglycéride
Savon
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Exercice 7 : Synthèse du chlorure de fer(III)
Décrire la synthèse à partir de fer et de dichlore. Quel volume de Cl₂ (CNTP) faut-il pour 10 g de fer ?
Solution :
\[ 2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3 \]
\[ n(Fe) = \frac{10}{56} ≈ 0,179\ mol \]
\[ n(Cl_2) = \frac{3}{2} \times 0,179 ≈ 0,268\ mol \]
\[ V(Cl_2) = 0,268 \times 24 ≈ 6,43\ L \]
Fe
Cl₂
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Exercice 8 : Synthèse du nylon
Nommer le type de réaction et décrire l’expérience de la “synthèse du nylon à l’interface”.
Solution :
Type : Polycondensation
Protocole :
1. Verser une solution d’hexaméthylènediamine dans l’eau
2. Ajouter délicatement une solution de chlorure d’adipoyle dans du cyclohexane
3. Former un film de nylon à l’interface qu’on peut enrouler autour d’une baguette
Nylon
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Exercice 9 : Synthèse de l’ibuprofène
L’ibuprofène (C₁₃H₁₈O₂) est synthétisé en 6 étapes à partir du benzène. Calculer son rendement global si chaque étape a un rendement de 85%.
Solution :
\[ Rendement = (0,85)^6 ≈ 0,377 \]
Soit environ 37,7% de rendement global
85%
37,7%
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Exercice 10 : Synthèse verte
Citer 3 principes de la chimie verte appliqués à la synthèse de l’acétate d’isoamyle (arôme de banane).
Solution :
1. Utilisation de catalyseurs plutôt que de réactifs en excès
2. Choix de solvants moins toxiques (eau, éthanol)
3. Optimisation énergétique (température modérée)
4. Atom economy (maximiser l’incorporation des atomes)
Chimie
Verte
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