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Olympiades de la chimie

Académie de Rouen

Concours régional

2006


QUESTIONNAIRE



Le thème de ce questionnaire est :
CHIMIE et HABITAT


La durée de l'épreuve est de 2,0 heures




 Informations importantes 


  • Ce questionnaire est composé d'une succession de lectures, de questions et de petits exercices.


Il est important de traiter le maximum de questions.

Les questions et exercices sont repérés par leur numérotation chiffrées : "I.1 etc. ".



  • Seule la liasse de "feuilles de réponses" devra être rendue à la fin de l'épreuve.

Vous devez l'utiliser pour y inscrire les réponses aux questions posées.


  • Ce questionnaire sera conservé par le candidat.


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Le thème des olympiades est cette année encore chimie et habitat.

Si l'on a une petite idée de ce que peut couvrir la chimie, quelle signification donne-t-on au mot "habitat" ?

L'habitat est tout d'abord le milieu géographique qui réunit les conditions nécessaires à la vie d'une espèce animale ou végétale.

L'habitat, c'est aussi la manière dont l'homme aménage les lieux où il vit.


La chimie va jouer, directement et indirectement un rôle important dans l'habitat :


  • Elle est présente dans les matériaux de construction, d'étanchéité et d'isolation.




  • Elle intervient souvent de manière très discrète, pour rendre plus confortable les lieux choisis par l'homme pour y vivre.



L'habitat c'est aussi le développement durable avec tous les faits d'éducation qui s'y attachent ; à défaut, l'habitat devient précaire et l'habitant doit migrer vers des sites plus favorables à sa survie.


  • La chimie va être utilisée pour permettre de qualifier l'habitat de salubre ou d'insalubre.



La chimie a donc une incidence quotidienne sur notre habitat, parfois négative (pollution) mais souvent positive (confort – assainissement). C'est ce que nous allons essayer de mettre en évidence au travers de ce questionnaire.


Mais en fin de compte, que faut-t-il à un lieu pour qu'il soit qualifié d'habitat par l'homme ?


  • Tout d'abord un abri, si possible solide, sec et bien isolé.




  • Des conditions favorables à la vie.




  • Un peu de confort.



Pour chacun de ces items, la chimie est présente.

L'habitat et le développement durable.

La notion de développement durable est de plus en plus évoquée pour justifier certaines démarches, notamment en ce qui concerne le choix de sources d'énergie, de matériaux de construction.
Depuis quelques années, des campagnes publicitaires sont élaborées pour sensibiliser les populations à l'usage de techniques et matériaux "alternatifs".
Ce sont l'utilisation du bois comme matériaux de construction, du ciment et de ses dérivés pour le gros œuvre des bâtiments, de l'énergie électrique d'origine éolienne, des carburants d'origine agricole, de solutions techniques réduisant les gaz à effet de serre, etc. .
Les exemples sont nombreux et variés et bien souvent la chimie joue un rôle non négligeable dans ces réalisations.
Il est cependant des matériaux utilisés depuis de nombreuses années et qui présentent toutes les caractéristiques correspondant aux critères d'un développement durable.
Le bois joue, aujourd'hui encore, un rôle important dans les activités liées à l'habitat : environnement, murs, charpente, huisserie, mobilier, chauffage et même alimentation.
Il est concurrencé par d'autres matériaux tel que l'acier, les matières plastiques et l'aluminium.
Si la principale source de matières plastiques reste le pétrole, on développe chaque jour de nouvelles matières plastiques d'origine végétale bien que celles-ci restent marginales pour des raisons économiques.
Les différentes crises pétrolières et la prise de conscience de la limite des ressources pétrolières font que d'autres matériaux connaissent un renouveau bien souvent du fait de leur aptitude à être recyclé, c'est le cas de l'aluminium.



  1. L'aluminium




    1. Généralités.


L'aluminium, est un métal dont les minerais sans être inépuisables sont disponibles en quantités suffisantes et qui de surcroît est 100% recyclable.
Les nombreuses qualités, tant physiques que chimiques, de l'aluminium et de ses alliages en font un matériau incontournable.


      1. Les objets en aluminium sont-ils récents ?

Sans doute car il fut découvert au : XVIe siècle 

XVIIe siècle 

XVIIIe siècle 

XIXe siècle 

XXe siècle 
Le premier scientifique à avoir isolé l'élément aluminium est Hans Christian OERSTED, plus connu pour ses travaux sur l'électromagnétisme que pour cette découverte.


      1. Mais qu'appelle-t-on "élément chimique" ?

Un ensemble d'atomes dont les noyaux ont le même nombre de nucléons ; 

Un ensemble d'atomes dont les noyaux ont le même nombre de protons ; 

Un ensemble d'atomes dont les noyaux ont le même nombre de neutrons. 

Un ensemble d'atomes ayant des noyaux identiques ; 


      1. Mais pour quelle raison a t on nommé cet élément "aluminium" ?

Le nom aluminium a pour étymologie :

Le mot latin "Alumen" 

Le mot anglais "Alumina" 

Le mot latin "Alumnus" 

Le mot arabe "Al Loumin" 
Sur la centaine d'éléments répertoriés sur terre, l'aluminium ne représente que 1,8 % en masse de la terre. Par contre, si l'on ne considère que la croûte terrestre, l'aluminium est un élément très répandu.


      1. La croûte terrestre contient en pourcentage de masse :


2,5 % d'aluminium 

4,5 % d'aluminium 

8,5 % d'aluminium 

14,5 % d'aluminium 

      1. Comment Oersted a-t-il isolé l'élément aluminium ?

En mélangeant de la bauxite et du carbone à 1000 °C ? 

En électrolysant AlCl3 sur une cathode de mercure ? 

En chauffant de l'argile en présence de sodium ? 

Par action du potassium (K) sur AlCl3 

Je ne sais pas. 



      1. Dès sa découverte, l'utilisation de l'aluminium a connu un essor considérable du fait de ses caractéristiques tant physiques que chimiques car ce métal est :

Très dur 

Très souple 

Inoxydable 

Très léger 

Très bon marché 

Brillant. 

Isolant 

Si la métallurgie de l'aluminium fut d'abord chaotique ; en 1827 la préparation de Wölher utilisait la réaction entre AlCl3 et K (potassium) et le prix de l'aluminium était exorbitant.
Le procédé Sainte-Claire Deville (chauffage de chlorure d'aluminium et de sodium, de cryolithe, de carbone et de sodium) a permis, dés 1860, de préparer industriellement l'aluminium que l'on l'appelait "l'argent tiré de l'argile" ; très rapidement l'aluminium devint accessible avec la mise au point de ce procédé.


      1. En France, Napoléon III fut l'instigateur de cette promotion, il fit développer la métallurgie de l'aluminium :

Pour faire fabriquer un blindage pour son carrosse, 

Pour faire fabriquer des sabres pour l'armée, 

Pour faire fabriquer des couverts, 

Pour faire fabriquer des équipements militaires. 

La métallurgie moderne de l'aluminium naquit en 1886 lorsque le français Héroult et l'américain Hall mirent au point, indépendamment l'un de l'autre, le procédé par électrolyse ignée utilisant l'alumine dont le procédé de préparation industrielle fut mis au point par l'allemand Bayer.
Ce n'est toutefois qu'au début du XXe siècle qu'elle se développa.


    1. La fabrication moderne de l'aluminium :


Le principal minerai utilisé en métallurgie de l'aluminium est la bauxite.
La bauxite a été décrite par Pierre Berthier en 1821.
La bauxite est un mélange d'oxydes hydratés d'aluminium, de fer, de silicium et de titane.

On trouve des bauxites blanches, riches en silicium et pauvres en fer et des bauxites rouges riches en fer et pauvre en silicium.
Seules les bauxites rouges peuvent être utilisées pour la production d'aluminium.

Composition massique d'une bauxite rouge :
Al2O3 : 55% ; Fe2O3 : 25% ; SiO2 : 4% ; TiO2 : 3% ; H2O : 13%


      1. Mais d'où vient le nom "bauxite" ?

Du site des Baux de Provence 

De la ville de Bouxwiller en Alsace 

Du nom du prince Bocskai 

Du grec "boxeitos" 



    1. Minéralurgie de l'aluminium.


La première transformation du minerai ou minéralurgie va permettre d'isoler l'alumine.

Ce processus, mis au point par l'allemand Bayer, est assez long :

il comporte cinq étapes et dure plusieurs jours :


  • Le broyage en poudre très fine,

  • Le lessivage ou attaque à chaud de la bauxite (140 à 230°C ; 4 à 30 bar) par une solution concentrée de NaOH, opération très lente se déroulant en plusieurs étapes,

  • La séparation de l'aluminate de sodium () par filtration,

  • La précipitation de l'alumine hydratée qui est une opération très longue,

  • La calcination de l'alumine hydratée.


Ce processus permet d'obtenir une alumine dont la pureté avoisine 99,5% de Al2O3 en masse.
Quelques données : Masses molaires en g.mol-1 :
Al2O3 : 102 ; Fe2O3 : 159,1 ; SiO2 : 60,8 ; TiO2 : 79,9 ; H2O : 18
Les bauxites blanches dont la teneur en SiO2 est voisine de 30% et la teneur en Fe2O3 de 4% sont impropres à la minéralurgie de l'alumine car en milieu très basique, il se forme un aluminosilicate de sodium insoluble de composition : (3Al2O3, 3Na2O, 5SiO2, 5H2O).

Par contre, les bauxites blanches servent à la fabrication de ciments spéciaux, d'abrasifs et de produits réfractaires.

Pour comprendre et illustrer les différentes étapes de la minéralurgie, remémorons nous quelques expériences d'identification d'ions par action d'une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH).
Pour toutes ces expériences, nous utilisons des solutions de concentration molaire apportée égale à 0,1 mol.L-1


      1. Les solutions d'hydroxyde de sodium sont :

Des solutions acides 

Des solutions amphotères 

Des solutions basiques 

Des solutions de soude 



      1. Brönsted défini le concept de basicité en phase aqueuse en déclarant qu'une base est :

Une entité chimique pouvant libérer un proton (H+) 

Une entité chimique réagissant avec tous les acides 

Une entité chimique pouvant capter un proton (H+) 

Une entité chimique réagissant avec l'eau pour donner H3O+. 



      1. Réaction des ions Fe3+ en solution avec l'hydroxyde de sodium :


Cette réaction donne un précipité de couleur rouille insoluble dans un excès de solution de NaOH.


        1. Quelle est la nature du précipité ?




        1. Ecrire l'équation de réaction de précipitation.




      1. La silice, SiO2, est soluble dans les solutions concentrées et chaudes de NaOH.


La transformation est assez lente.


        1. Ecrire l'équation de réaction entre la silice et les ions HO-aqueux.



      1. Le dioxyde de titane TiO2 est insoluble dans les solutions de NaOH.

      2. Réaction d'une solution d'ions Al3+ avec une solution de NaOH.


Lorsque l'on ajoute progressivement une solution de NaOH à une solution contenant des ions Al3+, on observe d'abord la formation d'un trouble qui va en s'épaississant et que l'on identifie comme étant un précipité d'hydroxyde d'aluminium ; si l'on continue à ajouter une solution concentrée de NaOH, le précipité est solubilisé.


        1. Sous quelle forme trouve t'on l'aluminium en milieu très basique ?

Al3+ 

Al(OH)3 







        1. Ecrire l'équation de réaction de précipitation d'hydroxyde d'aluminium



        1. Ecrire l'équation de dissolution du précipité dans un excès de solution de NaOH.



        1. La réaction de solubilisation de l'alumine (Al2O3) dans une solution de NaOH est :

Une réaction d'oxydation 

Une réaction de réduction 

Une réaction acido-basique 

Une réaction d'amphotérisation 


    1. Réalisation expérimentale de la minéralurgie – Etude du procédé.


Réalisons maintenant un mélange correspondant à la composition d'une bauxite rouge :
Dans un mortier on broie finement :
5,5 g de Al2O3 ; 2,5 g de Fe2O3 ; 0,4 g de SiO2 ; 0,3 g de TiO2 ; 1,3mL de H2O.


      1. Qu'est ce qui donne sa couleur à la bauxite rouge ?




      1. Pour quelle raison, le mélange préparé n'est il pas vraiment de la bauxite ?


La structure cristalline n'est pas celle de la bauxite 

Le mélange n'est pas homogène 

La poudre est trop fine 

La vraie bauxite est une roche 

La composition ne contient pas d'impureté 

On ajoute à ce mélange 20 mL de solution concentrée de NaOH que l'on porte à ébullition puis on laisse pendant 24 heures à température ambiante dans un récipient en polyéthylène.


      1. Pour quelle raison transfère t on le mélange dans un récipient en polyéthylène ?



On filtre le mélange réactionnel.


      1. Quels composés chimiques sont présents dans le filtrat ?


La silice 

Les ions silicate 

Les ions Al3+ 

Les ions aluminate 

Les ions Fe3+ 

Le filtrat est ensuite dilué puis neutralisé jusqu'à pH = 6,0. On observe un précipité blanc que l'on isole.
La masse de précipité, séché à 120°C, est égale à 7,80 g


      1. Quelle est la nature du précipité ?


Al2O3 

Al(OH)3 

Fe(OH)3 

(3Al2O3, 3Na2O, 5SiO2, 5H2O) 

Le précipité est alors chauffé dans un four à 500°C pendant plusieurs heures, au refroidissement on obtient 5,10 g d'alumine.

      1. Sachant qu'il n'y a pas eu de perte suite à une erreur de manipulation, justifier la perte de 0,40 g d'alumine.



      1. Calcul du rendement de la préparation :


Zone de rédaction

Le rendement de la préparation est égal à :

Industriellement : on ne neutralise pas la solution d'ion aluminate, on refroidit la solution saturée basique ce qui a pour effet de faire précipiter l'alumine hydratée que l'on isole par filtration, la liqueur refroidie est ensuite réutilisée pour traiter la bauxite ou éventuellement pour préparer la cryolithe.
L'alumine hydratée est alors calcinée pour obtenir l'alumine Al2O3 qui sera utilisée pour la métallurgie de l'aluminium.

    1. Métallurgie de l'aluminium




      1. Alumine et cryolithe


Transformer l'alumine en aluminium n'est pas chose aisée, l'affinité de l'aluminium pour l'oxygène est très forte.


        1. Mais alors pour quelle raison l'aluminium ne se corrode t'il pas comme le fer ?

L'aluminium est passivé par l'air, 

L'aluminium est un métal inoxydable, 

L'aluminium est recouvert d'une couche étanche d'alumine, 

L'aluminium est recouvert de carbonate. 
Pour produire de l'aluminium, il faut réduire l'alumine. Toutefois l'alumine ne peut être réduite par les réducteurs classiques de la pyrométallurgie (C, CO), il est cependant possible de réaliser une réduction chimique en utilisant un métal plus réducteur que l'aluminium tel que le sodium ou le potassium.

Ce procédé peu rentable, utilisé à la fin du XIXesiècle, n'a connu qu'un développement industriel éphémère.
La fabrication industrielle de l'aluminium n'a vu son essor qu'au début du XXe siècle avec la mise au point du procédé d'électrolyse ignée de l'alumine.
Pour cela il a fallu résoudre deux problèmes essentiels : La fusion de l'alumine.
L'électrolyse des sels fondus.


        1. Comment qualifie-t-on les composés qui, comme l'alumine, fondent à des températures très élevée (~ 2000°C) ?

Ce sont des fusibles 

Ce sont des réfractaires 

Ce sont des fondants 

Ce sont des infusibles 
Pour abaisser la température de fusion de l'alumine, on utilise un bain de cryolithe fondue.
La cryolithe est un fluorure de sodium et d'aluminium de composition :

Na3AlF6 ou 3 NaF,AlF3
La cryolithe est préparée par action de l'acide fluorhydrique sur une solution basique d'alumine. La cryolithe étant insoluble dans l'eau elle est recueillie par filtration.


        1. Ecrire l'équation de réaction intervenant en phase aqueuse entre Na+, , HO- et HF lors de la fabrication de la cryolithe.



      1. L'acide fluorhydrique :


L'acide fluorhydrique est préparé par action de l'acide sulfurique (H2SO4) sur le fluorure de calcium (CaF2), un des fluorures le plus répandu sur terre.
L'acide sulfurique est un acide qualifié de "fort" en solution dans l'eau.

Pour cette étude, nous admettrons que les deux protons de H2SO4 sont équivalents.


        1. Quelle est l'espèce acido-basique réactive produite par l'acide sulfurique lors de sa mise en solution dans l'eau ?

H+ 



HO- 

H2O 

H3O+ 

Le pKA de l'acide fluorhydrique est égal à 3,2.


        1. Compléter le diagramme de prédominance d'espèces acido-basiques ci-dessous en plaçant dans les différents domaines les espèces chimiques que l'on doit y trouver.





        1. Ecrire l'équation de réaction entre l'acide sulfurique et le fluorure de calcium


      1. Retour à l'électrolyse de l'alumine.


La quantité d'alumine solubilisée dans un bain de cryolithe fondue correspond à environ 8% de la masse totale.

On y ajoute aussi de petites quantités de fluorure de calcium et d'aluminium pour diverses raisons (masse volumique, abaissement du point de fusion.).
Le bain d'électrolyse est liquide à 950°C, et à cette température, sa masse volumique est égale à 2150 kg.m-3.

La masse volumique de l'aluminium fondu(eb. = 660°C) étant plus élevée(~ 2500 kg.m-3), il se rassemble au fond de la cuve d'électrolyse.
La chaleur nécessaire pour maintenir le bain d'électrolyse à l'état fondu est principalement fournie par le passage de l'électricité dans le bain fondu.
La chaleur dégagée lors de la réaction du carbone des électrodes avec le dioxygène formé lors de l'électrolyse participe aussi au chauffage du bain d'électrolyse


        1. Comment justifiez vous le fait que le passage de l'électricité dans le bain fondu serve à le maintenir chaud ?

Car les électrons sont freinés dans le bain fondu 

Car il y a dissipation d'énergie par effet Joule 

Car la réaction associée à l'électrolyse libère de l'énergie 

Le passage de l'électricité n'est pas responsable de l'échauffement 

Mais que se passe-t-il dans la cellule d'électrolyse ?
Les différentes espèces chimiques sont à l'état fondu.
L'alumine et la cryolithe réagissent pour donner : Na3AlF6 + Al2O3  3 NaAlOF2
La cryolithe se dissocie pour donner : Na3AlF6  NaAlF4 + 2 NaF
A 850°C, à l'état fondu, Na F se dissocie : NaF  Na+ + F-
ainsi que NaAlF4 : NaAlF4  Na+ +
et NaAlOF2  Na+ +
Le mélange fondu est donc très complexe.
D'après les études menées, les réactions aux électrodes seraient :
Electrode  : Na + 3 Na+ + 3 e-  4 Na+ + 4 F- + Al
Electrode  : 2 + 4 F- + 6 Na+  2 + O2 (g) + 4 e- + 6 Na+

        1. Montrer que en combinant ces équations de réaction, on peut ramener l'écriture de l'équation de réaction d'électrolyse à :


Zone de rédaction
2 Al2O3  4 Al + 3 O2 (Equation 1)

Sachant que à la température du bain fondu le dioxygène produit à l'électrode  brûle le carbone des électrodes pour donner du CO2,


        1. Montrer que le phénomène global correspond à la réduction de l'alumine par le carbone.


Zone de rédaction

Note : Pour produire 1 tonne d'aluminium, on consomme environ 500 kg de carbone.


        1. Lors d'une électrolyse, la réaction globale est :

Une réaction de dissociation 

Une réaction acidobasique 

Une réaction d'oxydoréduction 

Une réaction de complexation 

Une réaction d'électrocution 



        1. Quel type de réaction à quelle électrode ?


A l'électrode  on peut observer une réaction de …………………
car ………..….  ………..….
A l'électrode  on peut observer une réaction de …………………
car ………..….  ………...….

        1. Quel nom donne t on à ces électrodes ?


L'électrode  est une ……………….. car ……………………………………………

L'électrode  est une ……………….. car ……………………………………………



        1. Mais au fait, quelle est l'électrode négative ? L'électrode positive ?


L'électrode  est ……………….. car ……………………………………………

L'électrode  est ……………….. car ……………………………………………


      1. Etude énergétique

ou : Quel est le rendement de cette électrolyse ?


        1. Les unités




          1. Quelle est l'unité (S.I.) de puissance électrique ? ……………..




          1. Quelle est l'unité (S.I.) d'énergie ? ……………………………..




          1. Quelle relation lie ces deux grandeurs ? ………………………………



Un ensemble d'électrolyseur appelé "cuve d'électrolyse" est alimenté par un générateur de tension de 4,2 Volt continu.
L'intensité du courant est de 100.000 Ampère.
La densité de courant à l'électrode est de 1,0 Ampère par cm2.
Sachant que l'électrode  est formée par une surface importante de carbone recouverte d'aluminium fondu, ce sont les électrodes  qui limitent la densité de courant.
Chacune des électrodes  est formée d'un barreau de carbone de section 0,50,5 m2.


        1. Combien d'électrodes  sont nécessaires pour alimenter cette cuve d'électrolyse ?


Zone de rédaction

La tension appliquée entre les électrodes est égale à 4,2 Volt. Elle se répartit comme suit :

Tension effective d'électrolyse : 1,70 Volt.

Chutes de tension : Dans le bain : 1,50 Volt

A l'électrode  : 0,40 Volt

A l'électrode  : 0,45 Volt

Pertes en ligne : 0,15 Volt.



        1. Calcul de la puissance électrique fournie :




          1. Quelle est la définition de la puissance électrique ?

Quantité d'électricité par unité de temps. 

Energie utilisée pour produire 100 kg d'aluminium. 

Quantité d'énergie par unité de temps. 

Travail fourni par l'électrolyseur par unité de temps. 



          1. Comment calcule t-on la puissance électrique ?

P = RI 

P = UI 

P = RI2t 

P = UI2 


          1. Calculer la puissance électrique totale fournie à la cuve d'électrolyse étudiée.


Zone de rédaction


          1. Calculer la quantité d'énergie électrique totale fournie en une journée à la cuve d'électrolyse étudiée.:


Zone de rédaction



        1. Sachant qu'une telle cuve d'électrolyse peut fabriquer 725 kg d'aluminium en 24 h, on se propose de calculer le rendement de l'électrolyse.




          1. Rappeler la valeur de la charge d'une mole d'électrons :

6,021023 Coulomb par mole 

96486 Coulomb par mole 

1,61019 Coulomb par mole 

8,32 Coulomb par mole 

          1. Quel nom donne t on à la charge portée par une mole d'électrons ?


La charge portée par une mole d'électrons est ……………………………..
Calcul du rendement électrique : Quotient de la quantité d'électricité nécessaire pour fabriquer une mole d'aluminium par la quantité d’électricité fournie:


          1. Lors de l'électrolyse, combien de moles d'électrons sont échangées dans l'électrolyseur pour préparer une mole d'aluminium ?

Une 

Deux 

Trois 

Six 



          1. Calculer la quantité d'électricité nécessaire pour fabriquer 725 kg d'aluminium.


D
Zone de rédaction
onnée : MAl = 27,0 g.mol-1

pour fabriquer 725 kg d'aluminium il faut : ……………………..



          1. Quelle quantité d'électricité a été fournie à l'électrolyseur ?


Zone de rédaction

La quantité d'électricité fournie à l'électrolyseur en une journée est : ……………………..



          1. Calcul du rendement électrique de la fabrication de l'aluminium.



Zone de rédaction

Calcul du rendement énergétique de l'électrolyse de l'aluminium.
On rappelle que le produit d'une charge électrique par une tension a la dimension d'une énergie.

(L'électron Volt est une unité d'énergie utilisée à l'échelle atomique.)


          1. Calculer l'énergie utilisée pour la seule opération d'électrolyse de l’alumine.


Zone de rédaction

L'électrolyse à nécessité ……………………… J


          1. En déduire le rendement énergétique de l'électrolyse


Zone de rédaction


          1. Comparer le rendement électrique et le rendement énergétique de l'électrolyse et conclure.


Zone de rédaction


On peut en conclure que la production de l'aluminium est un processus coûteux, d'autant plus qu'il est indispensable de veiller à la protection de l'environnement ce qui augmente notablement les coûts.
Par chance, l'aluminium est l'un des matériaux issu de la chimie qui est recyclable à 100% sans nécessiter des coûts de traitement exorbitant.

  1. Les polymères du XXIe siècle.


L'aluminium ne peut à lui seul résoudre tous les problèmes de construction, les matières plastiques jouent un rôle important dans le confort de notre habitat.
Par exemple : les huisseries en aluminium isolent très peu du froid, car l'aluminium est un très bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Pour éviter des déperditions de chaleur trop importantes, on habille un cadre en matière plastique isolante avec de l'aluminium, l'ensemble isole l'intérieur des habitations du froid tout en ayant les avantages de l'aluminium : aspect et rigidité.
La principale source de matière plastique provient des produits de transformation du pétrole.

Or les ressources en pétrole n'étant pas intarissables, l'homme cherche donc à produire des matières plastiques à partir de matière première renouvelable.


    1. Du plastique à partir du colza !.1


Parmi les matières premières renouvelables, le colza occupe une place de plus en plus importante.


      1. Quelle autre utilisation du colza connaissez-vous ?


...................................................................................................


      1. Le colza (brassica napus) est :

Un chou 

Une plante 

Une graminée 

Un arbuste 



      1. Le colza est cultivé pour :

Ses fruits 

Son feuillage 

Sa fleur 

Ses racines 
Des graines du colza on tire une huile riche en acide érucique.

L'acide érucique est une des formes de l'acide docos-13-énoïque représenté ci-dessous.
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO2H
Que l'on peut écrire : CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)11-CO2H

      1. L'acide docos-13-énoïque




        1. Nommer les groupes caractéristiques portés par la molécule d'acide érucique?


.......................................... ; ...................................................



        1. Donner la formule brute de l'acide érucique.



L'acide docos-13-énoïque peut-être représenté sous deux formes différentes, l'une d'elles est l'acide érucique.


        1. Justifier cette affirmation.


.....................................................................................................



        1. Comment nomme t'on ce type d'isomérie.


.....................................................................................................

Que faut-il ajouter au nom de l'acide docos-13-énoïque pour différentier les deux molécules ?


        1. Faire un schéma montrant clairement les deux configurations et le nom qui leur est associé.


……………………………………

……………………………………




      1. L'acide érucique subit une transformation qui conduit à l'obtention d'acide pélargonique et d'acide brassilique représentés ci-dessous.





        1. Donner le nom en nomenclature systématique de l'acide pélargonique.



.....................................................................................................


        1. Quel nom donne t'on à ce type de réaction ?

Réaction de réduction 

Réaction de neutralisation 

Réaction d'estérification 

Réaction d'oxydation 
Pour réaliser cette transformation il est possible d'utiliser l'ozone.


        1. R


          ozone
          eprésenter une molécule d'ozone.


        1. Cette molécule est-elle :

Linéaire ? 

triangulaire ? 

pyramidale ? 

coudée ? 
Mais il est préférable d'utiliser l'eau oxygénée (H2O2) en milieu acide pour réaliser cette transformation.


        1. En quelle molécule l'eau oxygénée va t'elle être transformée?

H2O 

O2 

OH- 

H3O+ 


        1. Vous allez écrire l'équation de réaction pour l'acide pent-3-énoïque.


CH3-CH=CH-CH2-COOH


          1. Equilibrer les demi équations d'oxydation réduction suivantes :


H2O2 .................. = .................................... et
CH3-CH=CH-CH2-COOH + ................ = CH3COOH + HOOC-CH2-COOH +


          1. Puis complétez l'équation de réaction :


CH3-CH=CH-CH2-COOH + H2O2 .......  ..................................................

      1. Transformation de l'acide brassilique :


La moitié de l'acide brassilique est amené à réagir avec un excès d'ammoniac (NH3).


        1. Ecrire l'équation de la réaction.



........................................... ...................................................


        1. S'agit-il d'une réaction :

D'oxydoréduction ? 

Acide-base ? 

D'estérification ? 

De saponification ? 
Le produit de cette réaction est ensuite déshydraté puis hydrogéné, on obtient le composé ci dessous.
H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2



        1. Nommer le groupe caractéristique porté par ce composé :



....................................................................................................
On fait réagir ce composé avec l'autre partie d'acide brassilique.

On obtient des macromolécules linéaires par condensation d'un groupe caractéristique "acide carboxylique" avec un groupe caractéristique "–NH2".

Cette macromolécule est commercialisée sous l'appellation Nylon 13-13.


        1. Quel groupe caractéristique se forme lors de la réaction de "polymérisation".

Ester 

Carbonate 

Amide 

Uréthane 



        1. A quelle famille de matières plastiques appartient le Nylon 13-13 ?



.....................................................................................................




        1. Représenter la maille de cette macromolécule.




        1. Pour quelle raison nomme t'on cette macromolécule Nylon 13-13 ?


.....................................................................................................

Le colza n'est pas la seule plantes fournissant des matières premières utilisées par l'industrie des matières plastiques. Certaines de ces matières premières n'ont pas encore pu être copiée par le chimiste de manière satisfaisante.

C'est le cas de l'acide 11-aminoundécanoïque produit à partir de l'huile de ricin.

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