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Bac Physique-Chimie

Amerique Nord 2

Dans cette vidéo, Théobald de Studio aborde la synthèse de l'aspartame à partir de la vitamine C, plus précisément de l'acide ascorbique. On nous explique que cette synthèse se déroule en plusieurs étapes, et que dans cette transcription, on se concentre sur la première étape qui consiste à transformer l'espèce chimique A en l'espèce chimique C.

Différents protocoles sont présentés, avec des masses et des rendements variables. Dans la première question, on nous demande de déterminer le volume de réactif B liquide à prélever dans le protocole 1. Pour cela, on utilise la formule masse divisée par masse volumique et on obtient un volume de 1,0 millilitres.

La deuxième question porte sur le rendement de la synthèse avec le protocole 1. Le rendement se calcule en divisant la masse de produit C obtenue expérimentalement par la masse de produit C obtenue théoriquement. On nous donne la masse expérimentale de 4,12 grammes et on calcule la masse théorique de 4,30 grammes. Le rendement est donc de 96%.

Ensuite, on nous demande pourquoi le rendement du protocole 1 est supérieur à celui du protocole 2, et de proposer un autre protocole pour améliorer le rendement. La différence entre les deux protocoles réside dans la quantité de matière de réactif A utilisée. Dans le protocole 1, on en utilise plus, ce qui permet à A d'être en excès et d'augmenter le rendement. Pour améliorer le rendement, on propose d'éliminer un des produits, comme l'eau, pour favoriser la production des produits.

Enfin, en analysant un tableau présenté, on identifie le rôle du palladium sur carbone. On remarque que sa présence accélère la durée de la réaction, ce qui indique que le palladium sur carbone est un catalyseur.

La partie C de cet exercice sera traitée dans une prochaine vidéo.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Studio, et ensemble on va faire un exercice sur l'aspartame. L'aspartame, c'est une molécule qu'on trouve dans la vitamine C. Et ce qu'on va faire ensemble, c'est la synthèse de l'aspartame. Alors si vous vous souvenez la partie A de cet exercice, en fait on s'intéresse dans tout l'exercice à la vitamine C. Et dans la vitamine C, ou en tout cas dans l'acide ascorbique, qui est la forme de vitamine C qu'on trouve dans le commerce, et bien il y a de l'aspartame. Donc nous ce qu'on veut faire ici, c'est sa synthèse. Alors on nous dit que ça nécessite une dizaine d'étapes, donc on ne va pas toutes les étudier, mais une des premières étapes consiste à transformer l'espèce chimique A pour transformer l'espèce chimique C. Donc on a ici, on ne va pas les prononcer parce que c'est un petit peu galère, mais on a donc A plus B qui donne C plus H2O. On a simplifié nos notations avec A, B et C. Et puis plusieurs protocoles, on nous dit, sont effectués à la même température. Donc on a protocole 1, 2 et 3, avec à chaque fois des différentes masses, des différentes masses de produits, des différents rendements, etc. Et puis on va nous demander, première question, déterminer le volume de réactif B liquide à prélever dans le protocole 1. Donc on se place sur cette ligne de protocole, donc on va avoir une masse de réactif qui vaut 3 grammes et une quantité de matière du réactif, NB, qui vaut 9,63 x 10-3 molles. Mais du coup, quel est le volume correspondant à ce nombre de molles ? Eh bien, on va faire comme ça, nous on veut un volume et on connaît notre quantité de matière. On peut passer de notre quantité de matière à la masse grâce à la masse molaire et puis de la masse au volume grâce à la masse volumique. Eh bien, c'est ce qu'on va faire ensemble. Donc mon volume, c'est ma masse divisée par ma masse volumique, donc NB sur RhoB, et la masse, c'est la masse molaire multipliée par ma quantité de matière. Ça tombe bien, je connais ma quantité de matière et ma masse molaire et ma masse volumique sont données par mon énoncé. Donc finalement, si je fais ça, je vais y arriver, donc c'est cool. Donc je remets ensemble mes deux équations et j'obtiens que mon volume B, c'est NB x NB sur RhoB. On peut faire une application numérique et on obtient que mon volume à prélever, il est de 1,0 millilitres. On demande ensuite de déterminer la valeur du rendement état 1 de la synthèse avec le protocole 1. Alors nous, on cherche à obtenir le produit C, donc le rendement, ce sera la masse de produit C qu'on obtient expérimentalement divisée par la masse de produit qu'on obtient théoriquement, c'est-à-dire la masse maximale de produit qu'il est possible d'obtenir. Ça, c'est dans votre cours, c'est par cœur, si vous ne connaissez pas cette formule, vous ne pourrez pas réussir à répondre à cette question. Donc l'énoncé nous donne la masse expérimentalement obtenue de produit C, c'est celle-ci, 4,12 grammes dans mon protocole 1. Et donc, il faut trouver la masse de produit C qu'on obtient théoriquement, c'est-à-dire la masse maximale. Et bien, c'est ce qu'on va faire ensemble. On suppose la réaction totale, et alors, quel sera le réactif limitant ? Et bien, mon équation de réaction, c'est celle-ci, c'est A plus B qui donne C plus H2O. Donc, xmax1, on va chercher nos avancements maximales pour A et pour B, donc xmax1, c'est la quantité de matière en réactif A, c'est donc ma masse de A, parce que nous, on nous donne la masse de A dans le protocole 1, c'est la masse de A divisée par sa masse et donc 3,0 sur 267, et ça donne 1,1 fois 10 moins 2 molles. Le deuxième avancement, c'est xmax2 qui vaut la quantité de matière de mon réactif B. À chaque fois, c'est uniquement la quantité de matière puisqu'on n'a pas de nombre stoichiométrique, en tout cas, tout est égal à 1, donc c'est facile. Donc xmax2 vaut nB et vaut 9,63 fois 10 moins 3 molles, on le connaît. Le réactif limitant, c'est celui qui a le plus petit xmax, et donc c'est B. Donc xmax vaut xmax2, il vaut nB. Que vaut alors la quantité de matière produite en produit C, théoriquement ? Eh bien, elle vaut xmax, puisque ce sera notre avancement maximal. Si vous n'êtes pas à l'aise avec cette notion, vous pouvez faire un tableau d'avancement, il n'y a aucun souci, mais en tout cas, ce qu'on obtient, c'est xmax. xmax vaut nB, et donc finalement, ma masse de C théoriquement obtenue, c'est ma quantité de matière multipliée par ma masse molaire. On connaît tout ça, on peut faire d'autres applications numériques, et on obtient, ma masse en produit C théoriquement obtenue est de 4,30 grammes. Donc finalement, je peux calculer mon rendement, et mon rendement, donc c'est masse expérimentale sur masse théorique, et il vaut, pour le protocole 1, 4,12 sur 4,30, ce qui est égal à 96%. Donc le rendement de ma synthèse, c'est 96% avec ce premier protocole. On me demande ensuite d'expliquer pourquoi la valeur du rendement du protocole 1 est supérieure à celle du protocole 2, et de proposer un autre protocole pour améliorer ce rendement. Eh bien, déjà on va vérifier cette affirmation. Le rendement du protocole 2 est de 80%, donc ok, on a bien un rendement supérieur lors du protocole 1 que lors du protocole 2. Et en fait, si on regarde nos deux protocoles, je remonte au moment où on donne les protocoles, on regarde ces deux protocoles. La seule chose qui change dans ce qu'on a introduit dans nos protocoles, ou en tout cas dans notre milieu réactionnel, c'est la masse en réactif A. On a mis plus de masse dans le protocole 1 que dans le protocole 2. Donc on a ça en tête, donc la différence entre les deux protocoles, c'est la quantité de matière en réactif A. On a mis plus de réactif dans le premier que dans le deuxième, et donc A est mis en excès dans le protocole 1, et c'est ça qui va permettre d'avoir un meilleur rendement. Et donc qu'est-ce qu'on pourrait proposer pour améliorer ce rendement, et bien ça serait d'éliminer un des produits au cours de la réaction. Ça pourrait être d'éliminer l'eau par exemple. Si on élimine l'eau, et bien on va tirer la réaction vers le côté droit de celle-ci, et donc vers la production des produits, et on aurait un meilleur rendement. On nous demande ensuite, en exploitant les informations du tableau, d'identifier le rôle joué par le palladium sur carbone. Alors le palladium sur carbone, j'ai remis le tableau ici, c'est celui-là. On voit que dans les deux premières réactions, il est introduit, et dans la dernière, il n'est pas introduit. Les protocoles 2 et 3, si on les regarde, sont identiques en tous points, sauf en présence de palladium sur carbone et en durée de réaction. Ça veut donc dire que cette présence a un impact sur la durée de ma réaction, et un impact en fait plutôt positif, puisque en présence de mon palladium, on a une durée qui est plus faible, même deux fois plus faible. Et donc ça veut dire que le palladium sur carbone est un catalyseur, il permet d'accélérer la réaction, quand on le met dans le milieu réactionnel. Donc c'est la fin de cette vidéo, on fera la partie C de cet exercice dans une prochaine vidéo. Et puis j'espère que ça a été clair, si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire, j'y répondrai avec plaisir.

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