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Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Nouvelle Calédonie 1

Dans cette vidéo, Théobald de Cydéo corrige un exercice de synthèse de l'acide benzoïque du BAC de l'année précédente. Le processus de synthèse se fait en deux étapes : la formation de l'acide benzoïque et la cristallisation de celui-ci. Les facteurs cinétiques qui permettent d'accélérer la réaction sont une température élevée et une concentration élevée. Le chauffage à reflux permet de chauffer la réaction sans perdre de matière, en utilisant un système de condensation des vapeurs. L'exercice comporte également des questions sur la quantité de matière d'alcool benzoïque contenue dans un échantillon, ainsi que sur la quantité théorique d'acide benzoïque qui pourrait être obtenue si la réaction était totale. Le rendement de la synthèse est calculé en comparant la masse théorique maximale avec la masse réelle obtenue, donnant un résultat de 61%. Il est souligné que le rendement dépend de la nature de la réaction.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Cydéo, et dans cette vidéo, on va corriger un exercice de chimie du BAC de l'année dernière. C'est un exercice de synthèse de l'acide benzoïque. Comme tous les exercices de synthèse, on vous montre la synthèse. Elle est ici en deux étapes. Première étape, formation de l'acide benzoïque. Deuxième étape, cristallisation de l'acide benzoïque. Ce que je vous conseille, c'est de le lire assez rapidement. De toute façon, vous allez avoir besoin de revenir sur le procédé de cette synthèse. Donc, lisez-le rapidement. Vous voyez ici, par exemple, on verse un volume V1 d'alcool benzoïque dans un ballon bicol. Puis, on ajoute des grains de pierre ponce pour réguler l'ébullition. On chauffe, on utilise un montage à reflux, etc. Et puis, on passe directement aux questions, et on reviendra au mode opératoire si besoin. D'ailleurs, la première question, on nous demande sur quels facteurs cinétiques est-ce qu'on se base pour réaliser le plus rapidement possible la synthèse. Les facteurs cinétiques, c'est tout ce qui va permettre d'accélérer la réaction. Ça peut être, juste pour rappel, rapidement, une température élevée, une pression élevée, une concentration élevée. Pourquoi la concentration ? C'est que dans le milieu réactionnel, si mes réactifs ne se rencontrent jamais, si c'est hyper dilué, ils ne vont pas pouvoir réagir. Si il y a plein de chocs, ils vont pouvoir réagir tout le temps, et donc la réaction va aller plus vite. Ça peut être aussi la présence d'un catalyseur. Nous, ici, ce qu'on a, on nous dit qu'on utilise un montage à reflux. Donc déjà, on va chauffer, et en fait, on nous le dit aussi, on chauffe. Donc, la température. Et on nous dit aussi qu'on ajoute un réactif en excès, le permanganate de potassium. Donc, on a ajouté un réactif en excès, on a augmenté une concentration, c'est aussi un facteur cinétique. Donc voilà, on a nos deux facteurs cinétiques, température et concentration élevée. Deuxième question, préciser les avantages du chauffage à reflux, du mélange réactionnel. Alors, le montage à reflux, il va servir déjà à chauffer la réaction pour l'accélérer. Mais il sert à la chauffer sans perdre de matière. Parce que vous comprenez bien que quand on va chauffer, le risque, c'est que nos réactifs, notre solution, se transforment en vapeur. Les vapeurs qui montent, qui s'échappent, on a perdu de la quantité de matière, ça coûte cher. Alors là, non. Ce qu'on fait, c'est qu'on utilise ce petit montage-là, avec une arrivée d'eau et une sortie d'eau froide. Ce qui fait que les vapeurs vont monter, et au fur et à mesure qu'elles montent, elles vont se refroidir et elles vont se recondenser et retomber dans notre ballon. Et donc, ne jamais quitter le milieu réactionnel. Dans la deuxième partie de l'exercice, on nous donne l'équation de réaction entre l'alcool benzinique et les ions permanganates. Première question, déterminez la quantité de matière d'alcool N1 contenue dans la prise d'essai de 2 mL. En fait, ce qu'on avait fait, c'était ici. Vous voyez, ça sert un peu quand même de lire l'énoncé. On a prélevé un volume V1 d'alcool benzinique. Dans ce volume V1, il n'y a que de l'alcool benzinique pur. Et on veut savoir quelle est la quantité de matière correspondante. Pour ça, ce qu'on va faire, c'est, on va raisonner comme ça. Nous, ce qu'on a besoin, c'est N et on connaît V. On va remonter de N à la masse grâce à ma masse molaire, qui est donnée dans l'énoncé. Et puis de ma masse à mon volume grâce à ma masse volumique, qui est aussi donnée dans l'énoncé. On fait ça ensemble. Notre quantité de matière, c'est ma masse divisée par ma masse molaire. Et donc, c'est 1 sur M fois ma masse. Et ma masse, je peux l'exprimer en fonction de ρ et de V. Donc, c'est 1 sur M fois ρ fois V. On peut directement faire notre application numérique. Et on trouve 1,9 fois 10 moins 2 molles. Vraiment attention au chiffre significatif. Ici, on a 2,0, donc on va avoir que deux chiffres significatifs. Et puis à la fin, N1 vaut 1,9 fois 10 moins 2 molles. J'ai bien écrit N1 ici et pas N alcool comme j'ai fait tout au long de la question. Parce que dans l'énoncé, il y a marqué N1. Donc si dans l'énoncé, il y a marqué N1, je suis obligé de réutiliser la même notation dans la réponse. Question suivante. On nous parle de la cristallisation. Vous vous souvenez, c'était la deuxième étape de formation de l'acide benzoïque. Et donc, elle se fait selon cette deuxième équation que je note 2. J'ai noté la première 1. Vous pouvez faire comme vous voulez. Mais je vais utiliser ça dans cette question. On nous demande de calculer la quantité de matière théorique d'acide benzoïque qu'on pourrait obtenir si la transformation était totale. Sachant que l'alcool benzoïque était le réactif limitant. Donc, ce qu'on fait. On nous dit que l'alcool benzoïque est le réactif limitant. Je vous remonte les deux réactions. L'alcool benzoïque, c'était celui-là. Donc c'est réactif limitant. Il réagit pour donner l'ion benzoate qui réagit pour donner notre acide. On repart de la fin. On a ici ce qui est créé par 1. L'ion benzoate qui est créé lors de la première réaction. Là, on a H3O+, qui est ajouté en excès lors de l'ajout de HCl. Je vous laisse voir le mode opératoire. Après, on a l'acide benzoïque et c'est ça qu'on cherche. Et puis, notre solvant. Dans la première équation, j'ai surligné ici parce que ça nous intéresse. On a la même stoichiométrie pour le réactif limitant et pour notre produit intermédiaire d'intérêt. Ça, c'est bien notre réactif limitant, l'alcool. Et ça, c'est notre produit d'intérêt, l'ion benzoate, qui va être amené à réagir. Ce qu'on fait, c'est qu'on suppose les deux réactions totales. Et à la fin de la première réaction, la quantité de matière en alcool initialement introduite va être égale à la quantité de matière finale en ion benzoate du fait des stoichiométries égales. Et donc, au début de la deuxième réaction, ce que j'ai ici, c'est exactement ce que j'ai ici. C'est la même quantité de matière. C'est ce que j'ai écrit sur cette ligne-là. Et on fait la réaction. Et donc, la quantité de matière en ion benzoate va être égale à la quantité de matière en acide benzoïque. Et donc, la quantité de matière finale en acide benzoïque théorique, attention, est égale à la quantité de matière introduite en alcool à la fin. On fait bien attention quand même à la stoichiométrie. Là, on a pu le faire parce qu'on a de chaque côté de l'équation les mêmes stoichiométries, donc c'est hyper facile. Et donc, on a bien 1,9 fois 10 moins 2 mol, qui est la quantité de matière finale, qui est celle introduite initialement en alcool benzoïque. Et puis, à partir de là, on peut calculer le rendement de la synthèse. Alors, comment on fait ? Je vous conseille de suivre ces étapes. On calcule en premier la masse théorique maximale, puis la masse qu'on a réellement obtenue, et après, on fait le rapport des deux. Parce que, attention, un rendement, ce n'est pas un rapport des quantités de matière, c'est un rapport des masses. Il y en a beaucoup, beaucoup, beaucoup qui font l'erreur, donc ne tombez pas dans ce piège-là. J'espère que ce sera quelque chose que vous avez retenu. Le rendement, c'est le rapport des masses. Très attention. Donc, ma masse théorique maximale, c'est ma masse molaire multipliée par ma quantité de matière qu'on vient de calculer juste là. Donc, ça, ça fait 2,3 grammes. Et après, ma masse réelle, c'est donc la masse qu'on a pesée après, donc ça correspond au poids de la coupelle plus de l'acide qui a été créé, moins le poids de la coupelle qui est ici. Donc, c'est 1,4 grammes. On fait le rapport des deux. C'est bien la masse réelle divisée par la masse théorique, puisque la masse théorique est plus grande que la masse réelle. Et un rapport, c'est qu'on prend entre 0 et 1, donc on ne peut pas faire d'erreur là-dedans. Et donc, R, notre rendement, vaut 0,61. Donc, 61% est le rendement de notre synthèse. On pourrait se dire, est-ce que c'est bien, est-ce que ce n'est pas bien ? Ça, en fait, on n'en sait rien. Ça dépend vraiment de la nature de notre réaction et de à quel point elle est totale ou pas. Donc, j'espère que ça a été très clair. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire. Et puis, à plus pour la suite de ce sujet du bac.

Acide benzoïque (1)

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