Transformation chimique

Exercice 1 : Modélisation de transformations chimiques (6 points)

1. Questions de cours (1 point)

Définir les termes "réactif" et "produit" dans le contexte d'une transformation chimique.

2. Ajustement d'équations de réaction (4 points)

Recopier et ajuster les équations de réaction suivantes en remplaçant les pointillés par les nombres stœchiométriques corrects. Chaque équation vaut 1 point.

a) Combustion du méthane :

$... CH_{4(g)} + ... O_{2(g)} \rightarrow ... CO_{2(g)} + ... H_2O_{(g)}$

b) Action de l'acide chlorhydrique sur le zinc :

$... Zn_{(s)} + ... H^+*{(aq)} \rightarrow ... Zn^{2+}*{(aq)} + ... H_{2(g)}$

c) Action de l'acide chlorhydrique sur le calcaire (carbonate de calcium) :

$... CaCO_{3(s)} + ... H^+*{(aq)} \rightarrow ... Ca^{2+}*{(aq)} + ... CO_{2(g)} + ... H_2O_{(l)}$

d) Combustion de l'éthanol :

$... C_2H_6O_{(l)} + ... O_{2(g)} \rightarrow ... CO_{2(g)} + ... H_2O_{(g)}$

3. Effet thermique (1 point)

La combustion du méthane est utilisée dans les gazinières pour chauffer les aliments. Cette transformation chimique est-elle exothermique ou endothermique ? Justifier votre réponse.

Exercice 2 : Étude stœchiométrique (8 points)

On fait réagir une masse $m = 2,8 \text{ g}$ de poudre de fer $(Fe)$ avec un volume $V = 120 \text{ mL}$ d'une solution d'acide chlorhydrique $(H^+*{(aq)} + Cl^-*{(aq)})$ de concentration en ions hydrogène $C = 1,0 \text{ mol/L}$. La transformation produit des ions fer II $(Fe^{2+})$ et du dihydrogène gazeux $(H_2)$. Les ions chlorure$Cl^-$ sont des espèces spectatrices.

Donnée : Masse molaire atomique du fer, $M(Fe) = 56,0 \text{ g/mol}$.

1. Équation de la réaction (1 point)

Écrire l'équation de la réaction ajustée entre le fer solide et les ions hydrogène.

2. Quantités de matière initiales (2 points)

Calculer les quantités de matière initiales des réactifs, notées $n_i(Fe)$ et $n_i(H^+)$.

3. Réactif limitant (2 points)

En utilisant les quantités de matière initiales et les nombres stœchiométriques, déterminer quel est le réactif limitant. La justification est attendue.

4. Bilan de matière à l'état final (3 points)

Déterminer les quantités de matière de toutes les espèces chimiques présentes dans le système à l'état final (réactifs restants et produits formés).

Exercice 3 : Synthèse de l'arôme de poire (6 points)

On souhaite synthétiser l'acétate d'éthyle, une espèce chimique à l'odeur de poire, au laboratoire. Pour cela, on chauffe un mélange de réactifs.

1. Montage expérimental (3 points)

Pour réaliser cette synthèse, on utilise un montage de chauffage à reflux.

Schématiser et légender ce montage en indiquant les éléments suivants :

• Ballon à fond rond

• Chauffe-ballon

• Support élévateur

• Mélange réactionnel

• Réfrigérant à boules (ou droit)

• Entrée d'eau froide

• Sortie d'eau tiède

2. Rôle du montage (1 point)

Expliquer le double rôle du chauffage à reflux (pourquoi chauffer et pourquoi utiliser un réfrigérant).

3. Analyse du produit obtenu (2 points)

Après la réaction, on analyse la pureté du produit obtenu par chromatographie sur couche mince (CCM). On réalise trois dépôts :

• A : Arôme de poire du commerce (espèce pure)

• B : Produit synthétisé

• C : L'un des réactifs de départ

Le chromatogramme obtenu est représenté ci-dessous.

a) Le produit synthétisé (dépôt B) contient-il l'espèce chimique correspondant à l'arôme de poire ? Justifier.

b) Le produit synthétisé est-il pur ? Justifier votre réponse en identifiant la nature de l'éventuelle impureté.