Problèmes à résoudre

Doc. 2

Calcul d’une erreur relative

$\text{Erreur relative}=\frac{\mid {\text{Valeur}}_{\text{theorique}}-{\text{Valeur}}_{\text{experimentale}}\mid }{{\text{Valeur}}_{\text{theorique}}}$

Si l’erreur relative est inférieure à 0,05, on considère que la valeur obtenue est en accord avec la théorie.

En 1775, Lavoisier a mis en évidence que l’air était un mélange de gaz et qu’il contenait du dioxygène (air dit « respirable »). Il a fait bouillir 122 g de mercure Hg dans une cornue reliée à une cloche contenant 0,80 L d’air (doc 1). Douze jours plus tard, le mercure se recouvre d’une couche rouge (c’est de l’oxyde de mercure de formule HgO, il en a obtenu 2,38 g) et le volume d’air a diminué de 0,14 L.

1. On sait aujourd'hui que le dioxygène compose 21 % de l'air que nous respirons. Comparer avec les résultats de l'expérience de Lavoisier.

2. À partir des documents fournis et en menant un raisonnement adapté, déterminer par le calcul la masse d’oxyde de mercure attendue.


3. Comparer avec la valeur obtenue par Lavoisier.

• Masse volumique du dioxygène : $1,3$ kg·m^-3
• $M\text{(Hg)}=200,6$ g·mol^-1
• $M\text{(O)}=16,0$ g·mol^-1

Doc. 1

Expérience de Lavoisier (1775)

L’acide acétique de formule brute ${\text{C}}_2{\text{H}}_4{\text{O}}_2$ est le principal élément chimique responsable de l’acidité d’un vinaigre. La réaction de cet acide avec l’eau conduit à deux produits, l’ion acétate ${\text{C}}_2{\text{H}}_3{\text{O}}_2^{-}$ et l’ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$. On introduit une masse de 3,8 $\times$ 10^-1 g d’acide acétique glacial (pur à 96 %) dans 1 L d’eau. La mesure du pH avec une sonde pH-métrique indique une valeur de 3,5.

◆ La réaction de cet acide avec l’eau est-elle totale ? Justifier en dressant un tableau d’avancement de la réaction.

En 2011, le CEA met au point un nouveau procédé pour la valorisation du ${\text{CO}}_2$. Il s’agit de produire des formamides, jusqu’ici issus de dérivés du pétrole.

1. En quoi la synthèse proposée dans le doc. 2 répond-elle aux contraintes de la chimie verte ?


2. Quels intérêts peut-il y avoir à valoriser ainsi le ${\text{CO}}_2$ ?


3. On étudie le cas de la formation d’un formamide particulier, le $\text{N},\text{N}$-diéthylformamide de formule $\text{HCO}\text{–}({\text{C}}_2{\text{H}}_5{)}_2$. Donner la formule de l’amine permettant sa formation.


4. Quelles masses d’amine et de ${\text{CO}}_2$ seront nécessaires à la production de 750 kg de formamide ?

Données

• $M(\mathrm{H})=$ 1,0 g·mol^-1 ;
• $M(\mathrm{C})=$ 12,0 g·mol^-1 ;
• $M(\mathrm{N})=$ 14,0 g·mol^-1 ;
• $M(\mathrm{O})=$ 16,0 g·mol^-1.

Doc. 1

Définitions

• Formamides : molécules organiques utilisées dans la synthèse de vitamines, de médicaments, de colles, etc.
• Catalyseur : espèce chimique qui, par sa présence, va accélérer une réaction chimique.
• Chimie verte : prend en compte les facteurs environnementaux, sécuritaires et d’économie d’énergie.

À la lueur d’une flamme, la bougie semble disparaître. Mais qu’en est-il vraiment ? L’acide stéarique est le principal constituant de la cire qui brûle selon :

${\text{C}}_{18}{\text{H}}_{36}{\text{O}}_2\text{(g)}+26{\text{O}}_2\text{(g)}\to 18{\text{CO}}_2\text{(g)}+18{\text{H}}_2\text{O(g)}$

1. Quel est selon vous le réactif limitant ? Justifier.

2. Quel volume de dioxygène est nécessaire à la combustion d’une bougie de 50 g ?

3. La cire disparaît-elle comme par magie ? Expliquer.

• ${\rho }_{dioxyg\grave{e}ne}=1,3$ kg·m^-3

Même les diamants ne sont pas éternels ! En 1772, Lavoisier réussit à faire disparaître des diamants (constitué d’atomes de carbone) en les amenant à très haute température grâce à une grande lentille concentrant la lumière du Soleil.

1. Quelle réaction peut être à l’origine de cette disparition des diamants à haute température ?

2. En s’appuyant sur cet exemple, justifier qu’en chimie rien ne disparaît jamais vraiment.