La chimie organique

I LA CHIMIE ORGANIQUE.

Le carbone est peu abondant dans l'univers, mais concentré dans la matière vivante d'origine animale ou végétale.

La chimie est divisée en deux branches : la chimie organique et la chimie minérale.

Par définition, les composés organiques contiennent tous du carbone C. De nos jours, la chimie organique est donc la chimie des composés du carbone ( mis à part le carbone lui-même, CO, CO2, les carbonates, etc., qui ont tous un caractère minéral).

Jusqu'au XIX siècle, la chimie organique étudiait les substances élaborées par les êtres vivants ainsi que les corps résultant de leurs transformations. Leur synthèse semblait impossible, malgré de nombreux efforts.

En 1828, Wöhler réussit l'impossible: il synthétisa l'urée. Mais c'est vers le milieu du XIX siècle que ces synthèses se multiplient sous l'impulsion de Marcellin Berthelot.

ii : le cycle du carbone

L'origine du carbone est le dioxyde de carbone de l'atmosphère qui, réagissant avec l'eau, est transformé en glucide par synthèse chlorophyllienne par les plantes :

 

 Les animaux, en mangeant les plantes, assimilent le carbone et le rejettent ensuite dans l'atmosphère par leur respiration, par leur déjection, par leur cadavre : c'est le cycle du carbone.

Iii L'atome de carbone et ses composés.

L'atome de base est l'atome de carbone. Il possède 4 e- sur sa couche externe, il peut donc établir quatre liaisons covalentes (mise en commun d'électrons pour former des doublets liants) avec d'autres atomes : on dit qu'il est tétravalent.

Dans toute molécule organique on a des atomes de carbone liés les uns aux autres : on a une chaîne carbonée. Mais il est bien évident qu'il y a d'autres sortes d'atomes.

Il y a des composés formés d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène : on les appelle les hydrocarbures. C'est le cas des combustibles.

Il y a des liaisons simples C - C de 154 pm, des liaisons doubles C = C de 134 pm, des liaisons C - H de 110 pm

On peut aussi avoir, en plus de ces deux sortes d'atomes, des atomes d'oxygène ou des atomes d'azote.

Suivant leur composition, ces composés forment des familles.

 

LES ALCANES

Ce sont des hydrocarbures, constituants essentiels des pétroles et du gaz naturel. Il n'y a que des simples liaisons.

I : LE MÉTHANE

La molécule la plus simple est celle formée d'un atome de C entouré par quatre atomes de H. Sa formule brute est donc CH4. C'est le méthane, constituant essentiel du gaz naturel.

Longueur des C-H : 110 pm (1 pm = 10-12 m) ; Angle HCH : 109°28'.

Sa formule développée est ci-contre. Elle n'indique que la nature et le nombre de liaisons.

Les quatre liaisons C - H , disposées à 109° sont des liaisons dirigées. Le carbone est tétragonal.

Les quatre H ayant des positions similaires, sont dits équivalents.

II : LES PREMIERS ALCANES

Un atome de C peut se lier à un autre C, on a une liaison de covalence C - C, par mise en commun de deux électrons. Des enchaînements de C peuvent donc se constituer.

Le deuxième terme de cette famille a sa molécule formée de deux atomes de carbone liés entre eux. Chacun a donc trois liaisons avec un atome d'hydrogène.

Sa formule brute est C2H6, c'est l'éthane.

Sa formule développée est ci-contre.

Sa formule semi-développée est .Elle n'indique que les liaisons carbone-carbone, c'est-à-dire la structure de la chaîne, c'est la formule la plus utilisée.

Angle HCH = 109° ; C-H = 110 pm ; C-C = 154 pm

Les suivants :

Propane : C3H8 ; .

Butane : C4H10 ;

III : isomérie de constitution

On peut fabriquer 2 molécules de formule brute C4H10 mais de formules développées différentes : ce sont des isomères du butane. Le premier a une chaîne carbonée droite alors qu'elle est ramifiée pour le deuxième :

Deux composés sont isomères s'ils ont la même formule brute, mais des formules développées différentes. Ils ont des propriétés physiques différentes et des propriétés chimiques très voisines.

IV : NOMENCLATURE

Ensuite on a le pentane, l'hexane, heptane, octane, etc. La formule générale des alcanes est  CnH2n+2

Toutes les liaisons sont simples : on dit qu'on a des hydrocarbures saturés.

Terminaison : en ane

Alcanes à chaîne linéaire : les quatre premiers ont un nom usuel, le nom des suivants est composé d'un préfixe indiquant le nombre de C (pent, hex, hept, oct), suivi de la terminaison ane.

On peut écrire les alcanes sous la forme R - H, R représentant un groupe formé d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène.

Le premier est CH3 - , c'est le groupe méthyle. Le suivant est CH3 - CH2 -, c'est le groupe éthyle. On voit donc que l'on remplace ane par yle

 Alcanes à chaîne ramifiée : on cherche la chaîne carbonée la plus longue, l'alcane ramifié est considéré comme un dérivé de cet alcane linéaire.

Ce qui est attaché à cette chaîne s'appelle des groupes alkyles. On indique leur place par un indice de position. Celui-ci est obtenu par numération des C de la chaîne principale, en partant du bout qui donne le plus petit numéro.

Exemples : 2-méthylpropane, 2,2-diméthylpentane, 5-éthyl-3-méthyloctane.

V : PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

Les quatre premiers sont gazeux, les douze suivants liquides dans les conditions normales.

Densité : entre 0,6 et 0,8 donc danger des incendies qui ne sont pas éteint par l'eau.

Les ramifiés ont une température d'ébullition inférieure à celle de l'alcane linéaire de même nombre de C (méthylpropane, -10°C, butane -0,5°C, propane -42°C).

Solubilité : insolubles dans l'eau mais miscibles à la plupart des autres solvants organiques. Très solubles les uns dans les autres.

 

LES ALCÈNES

Ce sont des hydrocarbures possédant une liaison double carbone-carbone.

I : L'ÉTHYLÈNE

Ethylène ou éthène. Sa formule brute est C2H4. On a donc une double liaison entre les deux carbones. Sa formule développée est :

C - H = 110 pm, C = C = 134 pm, angles HCH et HCC = 120°

La molécule est rigide et plane.

II : LES ALCÈNES

La formule générale des alcènes est CnH2n. Ce sont des composés insaturés car leur molécule contient une double liaison.

Le deuxième, le propène, est souvent appelé le propylène : C3H6      CH3 - CH = CH2

A partir du butène il y a possibilité d'isomérie.

iii : isomeries

a) L'isomérie de constitution : la liaison multiple peut occuper des positions différentes

CH2 = CH - CH2 - CH3     ou      CH3 - CH = CH - CH3

Le premier s'appelle le but-1-ène, le deuxième, le but-2-ène.

 

b) La stéréo-isomérie : la position des atomes dans l'espace est différente. Cela est dû à ce que la libre rotation est impossible autour de C = C. Cette isomérie se présente pour le but-2-ène :

Les groupes CH3 sont du même coté (Z-but-2-ène) ou un de chaque coté de la chaîne principale (E-but-2-ène). Ce sont des stéréo-isomères.

iv : nomenclature

Chaîne linéaire : la terminaison ène remplace la terminaison ane. La position de la double liaison est donnée par le numéro du premier atome de C doublement lié, la chaîne est numérotée de telle façon à attribuer le plus petit numéro à cette double liaison. Ce nombre est indiqué avant la terminaison ène.

Chaîne ramifiée : On cherche la chaîne carbonée la plus longue qui contient la double liaison. Elle donne son nom à l'alcène. Les groupes substituant sont nommés avec leur indice.

CH2 = CH - CH2 - CH3 s'appelle le but-1-ène.

CH3 - CH = CH - CH3 s'appelle le but-2-ène.

s'appelle le 4-méthylhex-2-ène

Les stéréo-isomères : si les groupes méthyles sont de part et d'autre de la double liaison, c'est le stéréo-isomère E, s'ils sont du même coté c'est le stéréo-isomères Z.

 

les autres familles

i : LES ALCYNES.

Ce sont des hydrocarbures à chaîne ouverte ayant une liaison triple entre deux carbones de la chaîne principale.

Le premier est l'acétylène ou éthyne de formule brute C2H2.

Sa formule développée est

C - H = 110 pm

= 120 pm

La structure est linéaire, les deux carbones sont digonaux.

La libre rotation n'est pas possible, mais la molécule étant linéaire l'isomérie Z et E n'existe pas. Il n'y a que l'isomérie de chaîne et l'isomérie de position.

Leur formule générale est CnH2n-2. La terminaison de leurs noms est yne. La formation du nom est identique à celle des alcènes.

iI : LES CYCLANES

Si la chaîne carbonée à simples liaisons est fermée, on a ce qu'on appelle un cyclane. Il faut que n soit égal ou plus grand que  3. La molécule n'est pas plane, la conformation étant comprise entre deux conformations extrêmes : bateau et chaise.

C6H12 : cyclohexane

iII : LES AROMATIQUES.

Ce sont des composés insaturés dont la chaîne carbonée est cyclique.

Le plus simple de ces composés est le benzène de formule brute C6H6.

Les six électrons non engagés des atomes de carbone sont mis en commun pour former une liaison "collective" entre les six atomes de carbone du cycle. Cette liaison confère une grande stabilité au cycle.

L'ensemble des six atomes de carbone ainsi liés s'appelle le noyau benzénique ou noyau aromatique.

Les dérivés du benzène sont obtenus en substituant un ou plusieurs atomes H par d'autres atomes (par exemple Cl) ou par des radicaux R (par exemple - CH3).

 Souvent on représente le cycle par :

chlorobenzène

 méthylbenzène ou toluène : un H du cycle a été remplacé par le radical CH3. On pourrait écrire C6H5 - CH3.

 

 phénol

 

 phényléthylène ou styrène.

 

Tous ces composés présentent de très nombreuses applications et le benzène est un produit de base de la pétrochimie mais c'est un produit dangereux (cancérigène).

iV : LES DIFFERENTES FONCTIONS.

L'atome d'oxygène est divalent. Il va donc former :

- soit deux liaisons simples formant un angle voisin de 105°.

- soit une liaison double avec un atome de carbone.

 

a) Les alcools.

On appelle alcool tout composé organique dont la formule possède le groupe C - OH.

OH est le groupe hydroxyle : - O - H.

Formule générale : R - OH

Le nom d'un alcool se termine par ol. On numérote les carbones de la chaîne carbonée la plus longue incluant le carbone portant le groupe hydroxyle de telle façon que ce carbone ait le plus petit numéro.

CH3 - CH2 - OH                        éthanol         C2H5OH

CH3 - CH2 - CH2 - OH             propan-1-ol

CH3 - CHOH - CH3                  propan-2-ol

  3-méthylbutan-1-ol

        

b) Les acides carboxyliques.

On appelle acide carboxylique tout composé organique dont la formule comprend le groupe

Les acides carboxyliques ont pour formule générale R - COOH.

Leur nom est obtenu en remplaçant le e de la terminaison ane de l'alcane correspondant par oïque. Pour les ramifications, on numérote les carbones à partir du groupe carboxylique, le carbone de ce groupe portant le numéro 1.

H - COOH                        acide méthanoïque.

CH3 - CH2 - COOH         acide propanoïque.

          acide 2-méthylpropanoïque.

 c) Les amines.

On appelle amine tout composé organique dont la formule comprend le groupe :

La formule générale d'une amine est : R - NH2.

CH3 - NH2 méthylamine ou aminométhane.

 

les différentes réactions

I : RÉACTIONS DE destruction

Dans une réaction de destruction; le squelette carboné de la molécule est complètement détruit. Les réactions de combustion sont des réactions de destruction.

Combustion du méthane : CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O + 890 kJ

                          propane : C3H8 + 5O2  ® 3CO2 + 4H2O + 2 000 kJ

                          butane : 2C4H10 + 13O2 ® 8CO2+ 10H2O+ 2 600 kJ

                           de l'acétylène : C2H2 + 5/2 O2 ® 2CO2 + H2O

On peut aussi avoir destruction par le chlore : CH4 + 2Cl2 ® C + 4HCl

ii : réactions de substitution

Ce sont des réactions qui intéressent les alcanes et les composés aromatiques. On a le remplacement d'un atome d'hydrogène par un atome d'une autre sorte ou par un groupe d'atomes.

Il est très difficile d'avoir ce type de réaction avec les composés insaturés.

 

Des réactions intéressantes sont celles avec le dichlore :

CH4 + Cl2 ®  CH3Cl + HCl                  CH3 Cl : monochlorométhane.

CH3Cl + Cl2 ®  CH2Cl2 + HCl             CH2Cl2 : dichlorométhane.

CH2Cl2 + Cl2 ®  CHCl3 + HCl             CHCl3 : trichlorométhane  (chloroforme)

CHCl3 + Cl2 ® CCl4 + HCl                  CCl4 : tétrachlorométhane.

 On part d'un mélange de 1 volume de méthane et 1 volume de dichlore dans une éprouvette renversée sur une cuve d'eau salée (le dichlore ne s'y dissout pas). A la lumière diffuse, l'eau salée monte dans le tube, la couleur jaune-verdâtre du dichlore disparaît et sur les parois se forment des gouttelettes d'aspect huileux, le pH de l'eau salée diminue.

 On a une réaction similaire avec le brome. Avec le fluor, on a une réaction de destruction, ainsi qu'avec le chlore sous lumière intense.

iii: reactions d'addition

Leur double liaison permet aux alcènes de présenter des réactions particulières : les réactions d'addition.

La double liaison s'ouvre et des atomes ou des groupes d'atomes peuvent venir s'accrocher.

 a) Hydrogénation :

Elles nécessitent l'emploi d'un catalyseur divisé (nickel, platine, palladium...), c'est-à-dire d'une substance qui favorise la réaction mais que l'on retrouve à la fin.

CH2 = CH2 + H2 ® CH3- CH3 avec Ni

On passe d'un insaturé à un saturé.

+ H2 ® CH2 = CH2 avec Pd

 b) Halogénation :

CH2 = CH2 + Cl2 ® CH2Cl - CH2Cl              1,2-dichloroéthane

Ce produit est très important industriellement car il sert à la préparation du chlorure de vinyle (chloro éthylène) CHCl = CH2, qui lui même sert à préparer le polychlorure de vinyle ( le groupe -CH = CH2 s'appelle éthényle ou vinyle).

 c) Hydratation :

On obtient des alcools.

Sur l'éthylène, il faut comme catalyseur l'acide sulfurique et le produit obtenu est l'éthanol. C'est une réaction qui a un intérêt industriel.

CH2 = CH2 + H - OH ® CH3 - CH2OH

Sur le propène : CH3 - CH = CH2 + H - OH ® CH3 - CHOH - CH3       propan-2-ol.

 d) Addition du chlorure d'hydrogène :

Sur l'éthylène : CH2 = CH2 + HCl ® CH3 - CH2Cl         Chlorométhane

Sur le propène : CH3 - CH = CH2 + HCl ® CH3 - CHCl - CH3 ou CH3 - CH2 - CH2Cl

Le premier corps s'appelle le 2-chloropropane et le second le 1-chloropropane. Il se forme majoritairement du 1-chloropropane.

Sur l'acétylène : + HCl ® CH2 = CHCl       chloroéthylène ou chlorure de vinyl

Cette réaction se poursuit :

CH2 = CHCl + HCl ®  CH3 - CHCl2           1,1-dichloroéthane

iv : réactions de polymérisation

Pour fabriquer les macromolécules, c'est-à-dire une molécule formée de plusieurs milliers d'atomes, plusieurs types de réactions sont possibles mais elles reposent toutes sur le même principe : accrocher des "petites" molécules ensemble.

La polyaddition est l'addition les unes aux autres de molécules insaturées identiques, les liaisons multiples s'ouvrant.

La molécule de base s'appelle le monomère, la macromolécule obtenue, le polymère.

Comment faire avec des molécules saturées? Il faut obligatoirement deux sortes de molécules présentant des groupes fonctionnels différents, chaque sorte de molécules en ayant au moins deux, ces groupes réagissant ensemble. La réaction se fait avec élimination d'une petite molécule (eau, chlorure d'hydrogène, etc.), on l'appelle une polycondensation.

Ces deux réactions s'appellent des réactions de polymérisation.

 a) Le polyéthylène :

Produit de base : l'éthylène. C'est le monomère CH2 = CH2.

Produit fini : polyéthylène (PE). C'est le polymère. (- CH2 - CH2 -)n

La chaîne s'arrête par H, OH, Cl mais cela n'a aucune importance.

Il fut découvert en 1933. Suivant le procédé utilisé (il y en a deux), on obtient deux sortes de polyéthylène.

Procédé haute pression: l'éthylène est compressé jusqu'à 1000 à 2000 bars. Le produit obtenu a un degré de polymérisation de 1 000 (nombre de monomères dans la macromolécule) et une masse volumique de 920 kg.m-3: c'est le polyéthylène basse densité (PEBd). Ceci est dû au fait que l'on a des chaînes ramifiées et que donc, les chaînes principales sont peu serrées. Il ramollit à 85 °C.On en fait des emballages, des films, des sacs, des ustensiles de ménage car il est souple.

Procédé basse pression : la pression est de quelques dizaines de bars. Son degré de polymérisation est de 15 000 à 20 000. Sa masse volumique est égale 980 kg.m-3, les chaînes sont linéaires. Il fond à 420 °C. C'est le polyéthylène haute densité (PEHd).On en fait des casiers, des flacons, des bidons et des planches à voiles car il est plus rigide que le PEBd et opaque.

 b) Le polystyrène :

Monomère: le styrène ou phényléthylène.

 Polymère: le polystyrène (PS).           

C'est un excellent isolant. On en fait des jouets, des emballages. On peut aussi le manufacturer sous forme de mousses rigides, renfermant jusqu'à 98 % d'air (polystyrène expansé: PSE): on s'en sert comme isolant thermique dans l'industrie du bâtiment.

 c) Le polychlorure de vinyle :

Monomère: le chlorure de vinyle (CH2 = CHCl).

Polymère: le polychlorure de vinyle (PVC) (- CH2 - CHCl -)n

Suivant le type de polymérisation, on obtient des résines de caractéristiques différentes. Rigides, on en fait des tuyaux, des gouttières, des bouteilles, des emballages. Souples, on en fait du simili-cuir, des revêtements de sols.

 d) une polycondensation : le nylon

Monomères: le diamino-1,6 hexane (hexaméthylène diamine) NH2 - (CH2)6 - NH2 et l'acide adipique OH - CO - (CH2)4 - CO - OH

Polymère : le nylon (- CO - (CH2)4 - CO - NH - (CH2)6 - NH -)n

C'est un polyamide. La réaction se fait avec élimination d'eau (un H venant de la diamine et OH de l'acide).

 

LA PÉTROCHIMIE

I : BUT DU RAFFINAGE

Un pétrole est toujours majoritairement constitué d'hydrocarbures et, parmi ceux-ci, les alcanes sont les composés prépondérants ( jusqu'à quarante atomes de carbone). On y trouve aussi des cyclanes, des aromatiques, des produits soufrés, azotés, oxygénés en quantité variable suivant le gisement.

Il va donc falloir séparer ces divers produits (distillation), les transformer chimiquement (craquage et reformage), les purifier (raffinage proprement dit) pour obtenir des produits utilisables.

Toutes ces opérations se font dans les raffineries et l'ensemble est appelé le raffinage.

II : LA DISTILLATION FRACTIONNÉE

But: séparer les hydrocarbures les uns des autres.

Principe: utiliser le fait que tous les hydrocarbures ne passent pas tous à l'état gazeux à la même température. Un hydrocarbure est d'autant plus volatil que sa masse molaire est faible (nombre d'atomes de carbone petit).

On récupère les différents produits à des étages différents, le moins volatil en bas, le plus volatil en haut. Industriellement, cette distillation se fait dans une tour de 40 à 60 mètres de hauteur, comportant jusqu'à 50 plateaux. On chauffe dans le four le brut à 380°C et on l'envoie dans la tour où règne une pression égale à la pression atmosphérique: c'est la distillation atmosphérique. Les produits récoltés aux différents étages sont des mélanges de propriétés voisines, on les appelle des coupes.

Le résidu atmosphérique peut être redistillé sous une pression réduite, environ 1/15 d'atmosphère ce qui permet d'abaisser les températures d'ébullition (si on le portait à une température plus grande, il y aurait risque de détérioration des molécules). On le chauffe à 400°C avant de l'envoyer dans le distillateur.

Par contre la fraction légère que l'on récupère en haut de colonne est redistillée sous haute pression.

Après toutes ces distillations, on obtient les produits, ou coupes, suivants:

- Les gaz: pour le chauffage domestique et le gaz de pétrole liquéfié GPL.

- Le naphta: pour les solvants divers et les carburants d'automobile.

- Le kérosène et les pétroles lampants: pour les carburants d'aviation.

- Le gazole: pour le fioul domestique et le gazole pour les moteurs diesels.

- Les produits à craquer: pour obtenir des produits plus légers.

- Les huiles: pour les lubrifiants.

- Les fiouls lourds: pour les centrales thermiques.

- Les paraffines et brai de pétrole: pour le bitume.

Les coupes obtenues ne couvrent pas nos besoins, c'est pourquoi certaines coupes sont traitées par craquage ou reformage.

III : LE CRAQUAGE

Le craquage a pour but de casser les chaînes pour en faire des plus courtes. Pour cela on fait agir la température (500°C), la pression (légèrement supérieure à la pression atmosphérique) et des catalyseurs (alumino-silicates): c'est le craquage catalytique. On l'applique aux produits à craquer et aux fiouls lourds pour fabriquer les carburants d'automobiles (les essences obtenues ont un indice d'octane élevé, on les mélange avec les essences de distillation). Par ce craquage on obtient aussi du propane, du butane et des alcènes utilisés comme produits de base en pétrochimie.

Le vapocraquage (craquage en présence de vapeur d'eau, pression proche de la pression atmosphérique et sans catalyseur) a pour but de fournir à la pétrochimie les matières de base.

IV : LE REFORMAGE

Ce procédé permet de transformer profondément la structure des molécules en conservant le même nombre d'atomes de carbone. Il se pratique vers 500°C, à des pressions de l'ordre de 30 bars et en présence de catalyseurs complexes contenant du platine et des oxydes tels que Al2O3 et Cr2O3 . On fait souvent subir l'opération de reformage aux naphtas de façon à obtenir des essences de qualité (carbures ramifiés et aromatiques).

 

 

 

exercices de chimie organique

I : Donner les noms de :

  II : Écrire les formules semi-développées des différents isomères de formule brute C5H12 et les nommer.

 III : Nommer les corps de formules semi-développées :

IV : 1) Donner les formules développées et les noms de trois isomères de formule brute C5H10.

2) On fait brûler complètement dans du dioxygène 10,0 g d'un composé de formule C5H10.

a) Ecrire l'équation bilan de la réaction.

b) Calculer la masse de dioxyde de carbone obtenu.

On donne, en g.mol-1 : C = 12,0 ; O = 16,0 ; H = 1,00

 

V : Ecrivez les formules semi-développées des corps suivants :

a) 2,2-diméthylbutane                          b) 3-méthylpentane                  c) 2-méthylpropane

d) 3-méthylbut-1-ène                          e) pent-2-ène                          f) but-1-yne

g) 1,2-chlorométhyl propane                h) dibromo-2,3 butène-2.        i) butan-2-ol

j) trichloroéthylène.                              k) phénol                                 l) 1,3,5-trichlorobenzène.

m) acide propanoïque                          n) acide 2-méthylpropanoïque. o) 2-méthylpropan-2-ol

p) 3-méthylbutan-1-ol                          q) 2,2-diméthylpropan-1-ol      r) 1,2-diméthylbenzène

 

VI : Écrire la formule du chlorure de vinyle et la formule du polychlorure de vinyle.

La combustion du polychlorure de vinyle forme du dioxyde de carbone, de l'eau et du chlorure d'hydrogène.

Écrire l'équation bilan de cette réaction de combustion.

Calculer la masse de chlorure d'hydrogène formé lors de la combustion de 1 kg de polychlorure de vinyle.

En g.mol-1 : H = 1; C =12; Cl = 35,5.

 

VII: Un échantillon de polymère d'addition d'un alcène, constitué uniquement de carbone et d'hydrogène, a une masse molaire moyenne M = 63000 g.mol-1. Son degré de polymérisation moyen vaut 1500.

a) Déterminer la formule semi-développée du monomère correspondant et le nommer.

b) Écrire l'équation bilan de la polymérisation.

 

VIII : BTS BAT 90 (6 points). Les questions 1 et 2 sont indépendantes.

1) La fabrication du styrène (C6H5 – CH = CH2) peut se résumer par l'équation bilan suivante :

C6H6 + CH3 - CH2Cl ® C6H5 - CH = CH2 + HCl + H2

a) Donner les noms des deux réactifs utilisés.

b) quelle masse de styrène peut-on théoriquement obtenir en consommant une tonne de benzène ?

2) Le polystyrène (PS) est obtenu par synthèse à partir du styrène.

a) A quel type de réaction appartient cette synthèse ?

b) Ecrire l'équation bilan de cette réaction de synthèse.

c) Quelle est la masse molaire moléculaire du polystyrène obtenu, sachant que son indice (ou degré) de polymérisation est n = 2000.

On donne : M(C) = 12 g.mol-1 ; M(H) = 1 g.mol-1

 

IX : BTS TP 98 CHIMIE

La méthanogénèse est la décomposition bactériologique de la matière organique des arbres en dioxyde de carbone et en méthane. Elle se fait en absence d'oxygène (anaérobie).

La décomposition d'un espace de forêt tropicale produit un dégagement journalier de méthane de 420 tonnes.

l. Écrire l'équation-bilan de la réaction de décomposition bactériologique de la matière organique dont la formule est : C6H12O6.

2. Calculer la masse de matière organique décomposée en une journée.

3. Calculer la masse et le volume de dioxyde de carbone dégagés en une journée.

4. Le méthane et le dioxyde de carbone augmentent l'effet de serre. Dire en une phrase ce qu'est l'effet de serre ? Conclure.

DONNEES :

Masses molaires atomiques :    C = 12 g.mol-1             H = 1,0 g.mol-1            O = 16 g.mol-1

Volume molaire moléculaire des gaz dans les conditions de l'étude : 24 L.mol-1.

 

X : BTS BAT 94 CHIMIE. 6 points

1. Le PVC, ou polychlorure de vinyle, se prépare en trois étapes :

Première étape : l'éthène C2H4 réagit avec du chlorure d'hydrogène et du dioxygène pour donner du 1-2 dichloroéthane C2H4Cl2 et de l'eau.

Ecrire l'équation bilan de cette réaction.

1.2 Deuxième étape : par pyrolyse, le 1-2 dichloroéthane donne du chloroéthène (ou chlorure de vinyle) CH2 = CHCl et du chlorure d'hydrogène.

Ecrire l'équation bilan de cette réaction.

1.3 Troisième étape : par polymérisation du chloroéthène, on obtient le PVC.

Ecrire l'équation bilan dans le cas où n molécules de chloroéthène ont été polymérisées.

2. Quelle masse d'éthène doit-on utiliser pour obtenir une masse m = 100 kg de PVC, sachant que le rendement de l'ensemble des opérations précédentes est de 70 % ?

Données : masses molaires atomiques en grammes par mole :

M(H) = 1 g.mol-1         M(C) = 12 g.mol-1       M(Cl) = 35,5 g.mol-1

 

XI : BTS BAT 2001 (6 points)

On admet que le fioul est uniquement composé d'alcanes en C20 (20 atomes de carbone dans la molécule), en C21 et C22. La composition en masse est donnée ci-dessous :

alcanes en C20 : l9,0 %                       alcanes en C21 : 49,8 %                     alcanes en C22 : 31,2 %.

1) Pour l'alcane en C20 :

-         écrire la formule brute ;

-         calculer la masse molaire ;

-         écrire l'équation bilan de la combustion complète.

2) On considère un échantillon d'un litre de fioul. Déterminer la quantité de matière, exprimée en moles, d'alcanes en C20 qu'il contient.

3) On suppose que la combustion du fioul est complète, le débit étant de 2,27 L.h-1.

Calculer la masse de dioxyde de carbone dégagée en une heure par la combustion de l'alcane en C20.

4) Calculer la chaleur dégagée par la combustion de l'alcane en C20 en 1 heure.

On donne :       masse volumique du fioul : 840 kg.m-3 ;

Pouvoir calorifique de l'alcane en C20 : 1,35.104 kJ.mol-1.

 

XII : Donnez le nom et la famille des corps suivants:

   

 

XIII : Écrire la réaction de combustion du pentane.

Quel volume d'oxygène est nécessaire pour brûler 1 kg de pentane ?

Quelle est l'énergie dégagée par cette combustion sachant que le pouvoir calorifique d'un alcane à n atomes de carbone vaut (662´n + 260) kJ.mol-1 ?

Masse molaire atomique en g.mol-1 : C = 12 ;   H = 1 ;   O = 16.

 

Correction des exercices.

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