Aurélie 12/06/07
 

chimie organique, calcul de pH, spectrométrie de masse, chromatographie en phase gazeuse concours Cnrs 2003 

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Question 1 :

 La dioxine est produite à partir du 1,2,4,5-tétrachlorobenzène antiseptique utilisé dans l'industrie pharmaceutique et c'est un intermédiaire dans la fabrication des pesticides ( contre termites).

Nommer les groupes caractéristiques (fonction chimique ) des produits A et B.

Equilibrer la réaction A donnant B, quel composé C se forme ?

Comment mettre en évidence la nature chimique de C ?

Comment le détruire. 

Le chlorure d'hydrogène est très soluble dans l'eau : il donne une solution d'acide chlorhydrique.

Celle-ci en présence d'une base conduit à un sel.

Question 2 :

Soit les réactions successives suivantes :

(A) CH3-CH2-CH2OH ---> (B) CH3-CH2-CHO ---> (C) CH3-CH2-COOH

Donner la formule développée de ces produits.

Quelles sont les fonctions chimiques de ces produits ? 

Ces réactions sont-elles des réactions de réduction, d'hydrolyse, de couplage, d'oxydation ?

Deux produits parmi A, B, C peuvent réagir ensemble, lesquels ?

Ecrire la réaction ; quel est son nom ? Est une réaction totalement déplacée, équilibrée, ne se fait pas.

En cas de réponse "équilibrée", comment déplacer l'équilibre ?

Réaction d'oxydation ménagée d'un alcool primaire en aldehyde puis acide carboxylique.

L'alcool A peut réagir avec l'acide carboxylique C pour conduire à un ester et de l'eau.

La réaction d'estérification est limitée équilibrée ) par l'hydrolyse de l'ester.

En utilisant un réactif en excès ( ou en éliminant l'un des produits au fur et à mesure qu'il se forme), on déplace l'équilibre vers la droite, formation de l'ester.

 
Question 3 :

Synthèse d'un ester à partir d'un anhydride d'acide et d'un alcool.

L'aspirine est préparée suivant cette réaction. L'ester C est ici l'aspirine ou acide acéthylsalicylique.

(A) anhydride d'acide + (B) alcool ---> (C) ester + (D) acide carboxylique.

Les produits de la réaction sont listés ci-dessous : attribuer à chacun d'eux la lettre A, B, C ou D correspondant à leur fonction.

On souhaite préparer 100 kg d'aspirine, le rendement théorique de la réaction est 95 %.

Quelle masse d'acide salicylique faut-il utiliser ? (C : 12 ; H : 1 ; o : 16 g/mol)

Masse molaire de l'acide salicylique C7H6O3 : M1 = 7*12+6+3*16 = 138 g/mol

Masse molaire de l'aspirine C9H8O4 : M = 9*12+8+4*16 = 180 g/mol

Quantité de matière d'aspirine (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)

n(aspirine) = 100 000 / 180 = 555,56 mol

D'après les coefficients stoemétriques de l'équation : n(aspirine) = n( acide salicylique)

masse (g) = quantité de matière(mol) * masse molaire (g/mol)

m(acide salycilique) = 555,56*138 = 76,66 kg

tenir compte du rendement : 76,66 / 0,95 = 80,7 kg.

Question 6 :

Dans un catalogue de produits chimiques on a relevé les informations suivantes : "glutaraldéhyde 25 % en solution ; C5H8O2 ; M= 100,12 g/mol ; d=1,06.

Quelle est la concentration du glutaraldéhyde en solution ?

La masse de 1 L de solution est 1,06 kg = 1060 g ; la masse de glutaraldéhyde en solution est m = 1060*0,25 = 265 g

Quantité de matière de glutaraldéhyde en solution = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 265/100,12 = 2,65 mol dans 1 L.

Combien de ml de solution de NH4Cl à 0,34 mol/L faut-il ajouter à 250 mL de solution de NH3 à 0,82 mol/L pour faire une solution tampon ayant un pH de 10,02 ?

couple (NH4+ / NH3) : pKa =9,26.

pH=pKa + log([NH3] /[NH4+]) ; log([NH3] /[NH4+]) = pH-pKa =10,02-9,26=0,76.

[NH3] /[NH4+] =5,75

On note v (mL) le volume de solution de NH4Cl ajouté : [NH4+] =0,34 v/(250+v) ; [NH3] =0,82*250/(250+v)

[NH3] /[NH4+] =0,82*250/0,34 v = 5,75 ; v= 0,82*250 /(0,34*5,75) =105 mL.

On dispose d'une solution commerciale d'acide chlorhydrique 1 M. On souhaite préparer une solution d'acide chlorhydrique 0,0005 M.

De quelle(s) façon(s) peut-on procéder ?

Le facteur de dilution est : 1/0,0005 = 2000.

- 2 dilutions successives : 5 mL dans une fiole jaugée de 100 mL, puis 10 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL

Facteur de dilution : 100/5 * 1000/10 = 20*100=2000 ( correct).

-2 dilutions successives : 20 mL dans une fiole jaugée de 100 mL, puis 5 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL.

Facteur de dilution : 100/20 * 1000/5 = 5*200=1000 ( incorrect).

- 2 dilutions successives : 5 mL dans une fiole jaugée de 50 mL, puis 5 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL.

Facteur de dilution : 50/5 * 1000/5 = 10*200=2000 (correct).

- 2 dilutions successives : 25 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL, puis 20 mL dans une fiole jaugée de 1000 mL.

Facteur de dilution : 1000/25 * 1000/20 = 40*50=2000 (correct).

Indiquer pour chaque préfixe, la puissance correspondante ( exemple : milli=10-3)

pico = 10-12 ; femto = 10-15 ; nano = 10-9 ; micro = 10-6 ; atto = 10-18; déci = 0,1.

 

Spectrométrie de masse :

L'ionisation est une opération permettant de produire :

- Un ion à partir d'un atome ou d'une molécule neutre. (correct)

- un atome à partir d'un atome ou d'une molécule neutre.

- Une molécule neutre à partir d'un atome ou d'un ion.

Un spectromètre de masse est :

- Un instrument qui analyse les molécules suivant le rapport m/z.

- Un instrument qui analyse les ions suivant le rapport m/z. (correct )

- Un instrument qui analyse les composés suivant le rapport m/z.

Lors de l'analyse par spectromètrie de masse, on produit des ions moléculaires, de quoi s'agit-il ?

- Un ion issu d'une molécule par perte ou gain d'un proton.

- Un ion issu d'une molécule par perte ou gain d'un électron. (correct)

- Un ion issu d'une molécule par perte ou gain d'un neutron.

L'analyse par spectromtrie de masse du benzène permet de détecter un pic intense à M= m/z = 78, ceci correspnd au pic de base du spectre. Un pic plus petit apparaît à M+1 = 79. Comment expliquer la présence de ce pic ? Quelle est son abondance relative ?

La présence de ce pic est dues aux isotopes du carbone ( 13C : 1,08%) et de l'hydrogène ( 2H : 0,016%).

Abondance relative : 1,08+0,016 = 1,1 %.

Chromatographie en phase gazeuse :

La grandeur expérimentale caractéristique est le temps de rétention, cette grandeur est-elle dépendante ou indépendante des paramètrs suivants :

- Débit du gaz porteur ( dépendant)

- Quantité injecée ( indépendante)

- Nature et abondance des autres constituants, s'ils sont bien séparés ( indépendante).

- Phase stationaire ( dépendant)

- Température de la colonne ( dépendant).

Le résultat de l'analyse par chromatographie en phase gazeuse d'une huile de citron ainsi que les conditions opératoires sont données ci-dessous. la phase de la colonne utilisée est 5% diphényl, 95% diméthylpolysiloxane.

La colonne est-elle polaire, apolaire ?

apolaire.( 5% diphényl : substituant apolaire)

Parmi les 38 composés détectés, attribuer l'ordre de sortie aux composés suivants ( la valeur indiquée entre parenthèse correspond à la température d'ébullition)

limonène (176° ), géraniol (230° ), nérol (224°), linalol (198°), camphène (159°).

Séparation des produits suivant leur point d'ébullition ; les composés ayant les points d'ébullition les plus élevés sont les plus polaires.

Ils présentent peu d'affinité pour la phase fixe d'où l'ordre de sortie : géraniol, nérol, linalol, limonène, camphène.

Le temps de rétention du composé 33 est de 20 min, quelle est la température du four ?

Quel type de détecteur a été utilisé ?

détecteur à ionisation de flamme : très sensible

Citez trois autre détecteurs utilisables en chromatographie en phase gazeuse.

- détecteur électrique, basé sur le principe du pont de Wheatstone ( catharomètre )

- détecteur à absorption électronique

- spectromètre de masse et la spectroscopie infrarouge.
 
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