Home

MPSI/PCSI

Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Métropole 1

Bonjour à tous, aujourd'hui je vais vous résumer la deuxième partie de cet exercice sur le colorant E-127. Dans cette partie, nous allons effectuer une synthèse organique de la molécule d'érythrosine à partir de la fluorescine. Nous avons décrit les différentes étapes de la synthèse et nous devons maintenant identifier le rôle des étapes numéro 1 et numéro 2 du protocole expérimental. L'étape numéro 1 consiste à réaliser la réaction chimique de synthèse proprement dite, tandis que l'étape numéro 2 consiste à filtrer le mélange réactionnel et à laver le solide obtenu. Ensuite, nous devons expliquer comment la température de fusion du solide obtenu est utilisée pour caractériser le produit de la synthèse. En mesurant la température de fusion et en obtenant la même valeur que celle du produit recherché, nous pouvons conclure que la synthèse a réussi. Ensuite, nous devons identifier l'opération réalisée dans le protocole expérimental pour optimiser la vitesse de formation. Dans ce cas, il s'agit du chauffage à reflux, qui permet d'accélérer la réaction. Ensuite, nous devons déterminer le réactif limitant dans la synthèse de l'érythrosine. En utilisant un tableau d'avancement, nous pouvons déterminer que le réactif limitant est I2. Ensuite, nous devons montrer que la masse formée est d'environ 4,6 grammes. Pour cela, nous utilisons le rendement de la réaction et les quantités de matière initiales pour calculer la masse théorique. Finalement, nous devons déterminer le nombre de flacons de 10 millilitres, de pH égal à 7 et d'une certaine concentration, qui peuvent être fabriqués avec cette synthèse. En convertissant la masse expérimentale en quantité de matière, puis en utilisant la concentration et le volume des flacons, nous trouvons qu'il est possible de fabriquer 25 flacons. Voilà pour le résumé de cette deuxième partie de l'exercice.

Bonjour à tous, c'est Leïla. Aujourd'hui, on va faire la partie 2 de l'exercice sur le colorant E-127 qui est tombé au bac l'année dernière. Dans une première partie qu'on a vue précédemment, on a déterminé, on a fait un titrage, on a déterminé la concentration en colorant dans un révélateur de plaques dentaires, donc un type de médicament. Et donc ici, dans cette deuxième partie, on va faire une synthèse organique. Donc on va essayer de synthétiser cette molécule, l'érythrosine, à partir de la fluorescine. On vous donne ici la réaction qu'on effectue et on vous décrit également les différentes étapes de la synthèse, donc il faut prendre connaissance pour être capable ensuite de bien interpréter les résultats. Donc tout d'abord, on vous demande d'identifier le rôle des étapes numéro 1 et numéro 2 du protocole expérimental de synthèse qu'on vous décrit. Il faut regarder un peu ce qui se passe. Là, ici, on vous dit réaliser la synthèse de la forme à partir de patati, on vous donne les quantités de matière en réactif. Là, vous voyez que si on vous dit réaliser la synthèse, c'est-à-dire qu'en fait, effectuer la réaction chimique à proprement parler. Moi, j'ai écrit simplement transformation chimique de synthèse. Enfin, vous dites ça comme vous voulez. En gros, c'est la réaction qui nous intéresse qu'on effectue. Après, je regarde dans l'étape 2. On filtre le mélange avec un filtre Buchner et on lave le solide obtenu avec de l'eau et de l'éthanol. Une fois que j'ai obtenu ma molécule avec la transformation chimique, je n'ai pas tout à fait fini ma synthèse puisqu'il faut que je sépare ensuite les composés que j'ai obtenus. C'est ça qu'on fait ici. Et comment ça se passe ? A priori, le solide obtenu, c'est ce qu'on veut. Il est rouge, on dit bien que c'est un colorant rouge. Donc c'est la cristallisation qu'on effectue ici. Étape numéro 3, on dit mesurer la température de fusion du solide rouge obtenu. Ce n'est pas une étape qui fait partie de la synthèse à proprement parler. Vous voyez que là, on a fait la transformation chimique et on a isolé le produit de notre réaction. Ce qu'on veut en mesurant la température de fusion, c'est d'identifier le produit de la synthèse. Et notamment, on veut savoir si on a bien obtenu ce qu'on voulait en mesurant la température de fusion. Il y a pas mal de méthodes de caractérisation. Mais la température de fusion, elle est unique. Chaque solide a une température de fusion définie, qui est tabulée, qu'on connaît. Et donc, si je mesure cette température de fusion et que je trouve la même température de fusion que celle du produit que je cherche, il y a de grandes chances que j'ai réussi ma synthèse. Donc voilà ce qu'on a ici. Là, vous pouvez être assez succinct dans vos justifications. Il n'y a pas grand chose à dire. L'important, c'est que vous ayez réussi à bien identifier ces différentes étapes. Ensuite, on vous demande dans la question 6 d'identifier l'opération du protocole expérimental réalisé pour optimiser la vitesse de formation. Alors, vous savez que très souvent, on vous donne des réactions dont on sait qu'elles sont thermodynamiquement favorables. C'est-à-dire qu'elles vont avoir lieu effectivement dans votre milieu réactionnel. Mais en fait, ça arrive parfois qu'il y ait des réactions qui sont favorables et qui sont extrêmement lentes. Vous, si vous voulez réaliser une synthèse, que ce soit en TP ou après dans une autre échelle en industrie, vous avez envie que ça aille plutôt vite pour vous faire gagner du temps. Et donc, pour ça, il y a plusieurs moyens. C'est ce qu'on appelle les facteurs cinétiques. On vous a donné plusieurs facteurs cinétiques dans votre cours de chimie. Et un des facteurs qui est très important, qu'on utilise presque tout le temps, c'est le chauffage. Alors là, on vous dit qu'on chauffe à reflux. Qu'est-ce que ça veut dire à reflux ? C'est-à-dire qu'on va mettre un réfrigérant qui va éviter qu'on perde le contenu du ballon. Parmi d'autres facteurs cinétiques, on peut citer par exemple le fait d'ajouter un catalyseur. Typiquement, ça va être quelque chose qu'on va trouver en petite proportion, quelques gouttes. Parfois, ajouter de la pierre ponce, etc. Tout ça, ce sont des choses qui vont être des facteurs cinétiques qui vont permettre d'accélérer votre réaction. Ensuite, en question 7, on vous demande de déterminer le réactif limitant de la synthèse de l'érythrosine. Pour ça, dès qu'on vous demande de déterminer des réactifs limitants, je vous conseille de faire un tableau d'avancement, même si c'est évident pour vous. De toute manière, le tableau d'avancement, vous pourrez le réutiliser par la suite. Voilà ce qui se passe ici. Je vous ai fait l'état initial et l'état final. Parfois, c'est vrai qu'on trouve trois lignes sur le tableau d'avancement, qui sont l'état initial en cours de réaction et l'état final. Là, j'en ai fait que deux, tout simplement parce que vous pouvez vous rendre compte que l'état final et la ligne en cours d'avancement, en général, c'est exactement la même chose. Ce qui change, c'est juste les notations. Pour déterminer le réactif limitant, qu'est-ce que ça va être ? Là, j'ai deux réactifs qui sont consommés. J'ai I2 et H2FLU. A priori, le réactif limitant, ça va être le premier qui va être terminé de consommer. J'ai deux options. Soit mon avancement, c'est XI1, et dans ces cas-là, c'est H2FLU qui est limitant, soit mon avancement, c'est XI2, qui va annuler cette quantité-là, et ce qui voudra dire que le réactif I2 est limitant. En fait, il n'y a pas 36 solutions pour déterminer lequel est bon. Je teste les deux, et c'est le plus petit qui va être l'avancement final, et qui va déterminer quel est le réactif limitant. Ça veut dire qu'à partir de là, on a tout consommé en réactif, donc on ne peut pas aller plus loin. Ici, si je fais le calcul, avec ça, j'obtiens que XI1, donc si H2FLU est limitant, c'est 1,5 10 moins 2 molles, alors que XI2, si I2 est limitant, ça va être 9,4 10 moins 3. Je vois que XI2 est plus petit que XI1, ce qui veut dire que le réactif limitant ici, c'est I2. Je vous conseille toujours de poser ce tableau d'avancement. Ce n'est jamais perdu pour la suite, et ça vous aide à bien visualiser. Un des risques, quelque chose que vous oubliez parfois dans les réactifs limitants, c'est ces coefficients stoichiométriques qui sont au dénominateur ici, qui traduisent la stoichiométrie de la réaction. Parfois, vous les oubliez, et vous calculez juste quelle quantité de matière est la plus grande, la plus petite initialement. Ça risque de vous induire en erreur par la suite. Ensuite, on vous dit de montrer que la masse formée est d'environ 4,6 grammes. Là, il faut regarder un peu ce qu'on a dans l'énoncé. Vous voyez qu'on ne vous donne pas spécialement de masse, ni de quantité de matière. Par contre, on vous donne quelque chose qui est intéressant pour vous ici. C'est le rendement. En fait, c'est notre seule valeur expérimentale qu'on a. On a évidemment les quantités de matière initiales. Ensuite, on a le rendement final. On va devoir passer par là pour déterminer ce qui nous reste à la fin. Je sais que le rendement, qu'est-ce que c'est ? C'est la masse que j'obtiens expérimentalement de solide, divisé par la masse maximale que je peux avoir de manière théorique. Donc, ma masse expérimentale, si je l'écris d'une autre manière, comme c'est ce que je veux déterminer, c'est ce rendement fois la masse théorique. À partir de là, pour la masse théorique, il faut que j'exploite le tableau d'avancement. J'ai déterminé précédemment que I2 était le réactif limitant, ce qui veut dire que mon avancement final, c'est ce XI2 que j'ai déterminé ici. Donc, c'est Ni2 sur 4. Et moi, on m'a donné dans l'énoncé Ni2. Donc, je peux tout déterminer. Je peux déterminer XIF qui me fait 9,4 fois 10 moins 3 molles. Et ensuite, je veux savoir ce qui se passe pour mon solide qui est ici. Et je sais que sa quantité à l'état final, c'est justement ce XIF. Donc, vous voyez, là, j'ai tout ce qu'il me faut. Donc, ma quantité maximale à l'état final, donc la quantité théorique, c'est XIF et c'est 9,4 fois 10 moins 3 molles. Donc, avec ça, je peux avoir... Bon, moi, vous voyez, j'ai une quantité de matière, mais mon rendement, c'est un rendement massique. Donc, je passe tout simplement par la masse mollaire ici et j'obtiens, en effet, exactement 4,6 grammes. Pour terminer cette partie, on nous demande de déterminer le nombre de flacons de 10 millilitres, de pH égal à 7 et d'une certaine concentration qu'il est possible de fabriquer avec cette synthèse. Moi, j'ai la masse expérimentale ici que j'ai obtenue. Donc, j'ai obtenu 4,6 grammes de E127 et je veux les mettre dans des flacons. Donc, ça, c'est uniquement des questions de quantité de matière, etc. Donc, comme on me donne une certaine concentration ici, moi, j'ai intérêt à passer plutôt de la masse à la quantité de matière. Ça ne change pas grand-chose. Vous voyez qu'au début, on avait une quantité de matière, on est passé à la masse, donc on fait juste le raisonnement inverse. Donc, la quantité de matière que j'ai, c'est la masse expérimentale divisée par la masse mollaire. Donc, voilà, maintenant, je suis passée à la quantité de matière qui est de 5,5 x 10,3 molles. C'est la quantité totale de colorants formés. Et donc, maintenant, il faut savoir combien j'en mets dans chaque flacon. Pour savoir combien j'en mets dans chaque flacon, je sais que chaque flacon a un volume de 10 millilitres et je veux une concentration de 2,2 x 10,2 molles par litre et j'utilise le fait que N, la quantité de matière de chaque flacon, c'est C fois V et donc, je trouve ici 2,4 x 10,4 molles. Ensuite, il suffit de dire, voilà, j'ai ma quantité totale, je veux mettre dans chaque flacon cette quantité-ci, donc je divise la quantité totale par la quantité de chaque flacon et j'obtiens un nombre de flacons N et là, on trouve 25 flacons. J'espère que ça vous aura été utile. On termine dans une prochaine vidéo cet exercice avec la partie 3.

Le colorant E127 (2)

RELATED

Recommended videos

Le colorant E127 (1)

Le colorant E127 (3)