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Bon courage !!!
DS n°8 (2h) – 24/04/2015
TS
DEVOIR SURVEILLÉ n°8 – Cinétique et chimie organique
 Les 4 exercices de ce sujet sont totalement indépendants 
I- SUIVI SPECTROPHOTOMÉTRIQUE D’UNE CINÉTIQUE DE RÉACTION
On se propose d’étudier la cinétique de la réaction totale entre les ions dichromate Cr2O72- et
l'acide oxalique C2H2O4 dans laquelle seuls les ions dichromate sont colorés.
1/ Étude spectroscopique de l’ion dichromate
Pour effectuer le suivi cinétique de la réaction, on propose de suivre l’évolution de la concentration
en ion dichromate grâce à un spectrophotomètre.
Afin de régler convenablement celui-ci, on commence par enregistrer le spectre d’absorption
A=f() de cet ion, à la concentration C=1,0.10-2 mol/L et dans une cuve d’épaisseur ℓ=1,0 cm. On
obtient la courbe représentée sur la figure 1 ci-dessous :
Figure 1 : Spectre d’absorption des ions dichromate
1,4
A
1,2
1
0,8
0,6
0,4
 (nm)
0,2
0
400
420
440
460
480
500
520
540
560
580
600
1.1. À partir de la fig.1 et de l’étoile des couleurs, déterminer la couleur des ions dichromate en
solution. Justifier clairement votre réponse.
1.2. Rappeler l’expression de la loi de Beer-Lambert, et l’utiliser pour déterminer, avec la fig.1, la
valeur du coefficient d’absorption molaire  de l’ion dichromate à l’absorbance maximale.
1.3. Sur quelle valeur de longueur d’onde faudra-t-il régler le spectrophotomètre pour suivre le plus
efficacement possible l’évolution de la concentration en ion dichromate (justifier) ?
2/ Suivi spectrophotométrique de la réaction
À la date t=0 s, on mélange des quantités connues de solutions de dichromate de potassium
acidifiée et d’acide oxalique.
On agite, et très rapidement on verse une partie de ce mélange dans une petite cuve que l'on
place dans le spectrophotomètre, réglé sur la longueur d’onde déterminée à la question 3 et relié
à un module d'acquisition informatique. On suit ainsi l'évolution de l'absorbance du mélange au
cours du temps, représentée sur la courbe de la figure 2 en ANNEXE.
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L’équation de la réaction étudiée est :
Cr2O72-(aq) + 3 C2H2O4 (aq) + 8 H+(aq)  2 Cr3+(aq) + 6 CO2 (g) + 7 H2O (ℓ) .
2.1. Écrire les demi-équations électroniques des couples Cr2O72-/Cr3+ et CO2/C2H2O4 , puis retrouver
l’équation-bilan de la réaction entre l’ion dichromate et l’acide oxalique.
2.2. À partir de la fig.2, déterminer quel est le réactif limitant en expliquant votre raisonnement.
2.3. Expliquer que la vitesse de réaction diminue au cours du temps grâce à l’évolution d’un facteur
cinétique que l’on explicitera.
2.4. En faisant apparaître les tracés nécessaires sur la fig.2 en ANNEXE, déterminer la valeur du
temps de demi-réaction.
2.5. Sur la fig.2 en ANNEXE, représenter l’évolution de l’absorbance pour une température plus
faible du mélange (toute autre grandeur étant égale par ailleurs). Justifier votre représentation.
2.6. a) Afin d’augmenter la vitesse de réaction, on peut ajouter un catalyseur en poudre. Rappeler
la définition d’un catalyseur, et préciser le type de catalyse dont il s’agit ici (justifier).
b) Sur la fig.2 en ANNEXE, représenter l’évolution de l’absorbance en présence de catalyseur
(toute autre grandeur étant égale par ailleurs).
II- L’ANESTHÉSIE,
DES PRÉMICES À NOS JOURS
Doc.1 : Naissance de l’anesthésie
Pendant longtemps la chirurgie a été confrontée au problème de la douleur des
patients. Ne disposant d’aucun produit permettant de la soulager, le médecin ne
pouvait pratiquer une opération « à vif » du patient.
L’éther diéthylique était connu depuis le XVIème siècle, mais ce n’est qu’en 1840
que William T.G. Morton eut l’idée de l’utiliser afin d’endormir un patient. Et il
fallut attendre l’automne 1846 pour que, dans deux amphithéâtres combles, le
docteur John Warren, assisté de William Morton, réussisse deux opérations
chirurgicales indolores pour les patients. L’anesthésie venait de naître et allait
permettre un essor bien plus rapide de la chirurgie …
 Les 4 parties sont indépendantes 

William Morton
(1819-1868)

1/ Synthèse de l’éther diéthylique
La synthèse de l’éther diéthylique peut se faire dans le montage
représenté ci-dessous, par déshydratation de l’éthanol selon
l’équation : 2 CH3-CH2-OH → CH3-CH2-O-CH2-CH3 + H2O
1. Donner le nom de ce montage, ainsi que le nom des deux
éléments fléchés.
2. Quel est l’intérêt d’utiliser ce montage par rapport à un
chauffage à reflux ?
3. Comment peut-on vérifier au cours de la synthèse que l’espèce
récupérée dans l’erlenmeyer est bien de l’éther ?
2
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Après avoir synthétisé l’éther, on réalise un lavage du distillat par une solution aqueuse basique, puis
on sépare par décantation la phase aqueuse (composée essentiellement d’eau) de la phase
organique (composée essentiellement d’éther).
4. Sous quel état se trouve l’éther diéthylique à température ambiante ? Justifier grâce aux données.
5. Où se trouve l’éther diéthylique dans l’ampoule à décanter ? Justifier.
On réalise la synthèse à partir de 25 mL d’éthanol pur.
6. Calculer la quantité de matière d’éthanol introduite initialement dans le ballon. En déduire la
quantité de matière que l’on peut obtenir au maximum en éther diéthylique.
7. Après purification du distillat, on récupère 15 mL d’éther diéthylique. Déterminer le rendement de
la synthèse et l’exprimer en pourcentage.
Données : L’eau et l’éther ne sont pas miscibles.
La température du laboratoire est de 25°C
Composé
Éthanol
Éther diéthylique
Eau
Formule brute
C2H6O
C4H10O
H2O
Température d’ébullition (en°C)
78
35
100
Température de fusion (en°C)
- 114
- 116
0
Densité à 25°C
0,81
0,71
1,0
Masse molaire (g.mol-1)
46
74
18
2/ Étude du mécanisme de synthèse de l’éther diéthylique
On présente en ANNEXE les 3 étapes de la réaction de synthèse de l’éther diéthylique à partir de
l’éthanol, placé en milieu acide.
1. En comparant les étapes (a) et (c), que remarque-t-on à propos de l’ion H+ ? En déduire son rôle
dans cette synthèse.
2. Indiquer à quelle grande catégorie de réaction appartiennent chacune des 3 étapes.
3. Pour chaque étape, identifier en ANNEXE le site donneur et le site accepteur de doublet
électronique qui sont mis en jeu. Représenter ensuite par des flèches courbes les transferts
électroniques permettant d’expliquer les produits formés à chaque étape.
3/ Analyse des espèces chimiques intervenant dans la réaction
On utilise la spectroscopie infrarouge (IR) et de résonance magnétique nucléaire du proton (RMN)
pour analyser le système chimique.
Chacun des 4 spectres donnés dans les documents 2, 3, 4 et 5 en page suivante correspond soit
à l’éthanol, soit à l’éther diéthylique.
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1. Écrire la formule semi-développée de l’éthanol et de l’éther diéthylique. Dans chaque molécule,
entourer avec différentes couleurs les différents groupes de protons équivalents, indiquer le
nombre de voisins de chaque groupe, et en déduire la multiplicité du signal représentant chaque
groupe. En déduire le spectre RMN correspondant à chaque molécule.
2. Attribuer chaque spectre IR à la molécule correspondante en justifiant votre réponse.
Table de données pour la spectroscopie IR
Liaison
C-C
C-O
O-H (acide carboxylique)
C-H
O-H (alcool)
Nombre d’onde
(cm-1)
1000-1250
1050-1450
2500-3200
2800-3000
3200-3700
4/ Un remplaçant de l’éther diéthylique
À l’heure actuelle, du fait de son extrême inflammabilité, de ses nombreux effets secondaires, de sa
toxicité ainsi que du risque élevé de dépendance qu’il entraîne, l’éther diéthylique n’est
pratiquement plus utilisé comme anesthésiant.
D’autres molécules beaucoup plus spécifiques l’ont remplacé, comme par exemple la kétamine, qui
contient un mélange équimolaire des deux molécules ci-dessous.
ℓ
ℓ
1. Dans la molécule A en ANNEXE, repérer par un astérisque le ou les atomes de carbone
asymétriques. La molécule A est-elle chirale (justifier) ?
2. Indiquer, en justifiant, la relation de stéréoisomérie existant entre les molécules A et A’.
III- SÉLECTIVITÉ
EN CHIMIE ORGANIQUE
Document 1 : Réaction étudiée
La molécule 1 présentée ci-dessous est un précurseur de l’acide acétylsalicylique, autrement connu
sous le nom d’aspirine. On étudie ici la transformation de la molécule 1 en molécule 5, par la
réaction représentée ci-dessous notée Réaction 1.
Par souci de simplification on ne représente que les réactifs et les produits principaux.
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Document 2 : Différentes étapes de la Réaction 1
La Réaction 1 se réalise en 3 étapes successives décrites ci-dessous (Réactions 2, 3 et 4) dont
l’une met en jeu un réactif particulier qu’il n’est pas nécessaire de connaître, appelé Réactif A.

Première étape : réaction de la molécule 1 avec du diéthylène glycol (molécule 2)
2
Remarque importante : Le réactif A ne peut en aucun cas, dans aucune condition opératoire,
réagir sur le cycle à 5 atomes apparaissant sur la molécule 3.
3
6
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Document 3 : Action du Réactif A sur deux types de fonctions chimiques
5
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1/ Étude de la 1ère étape
On s’intéresse uniquement à la 1ère étape du mécanisme, représentée par la réaction 2 (doc.2).
1. Entourer et nommer en ANNEXE les groupes caractéristiques présents dans la molécule 1.
Associer à chaque groupe le nom d’une fonction organique.
2. Peut-on dire que la molécule 2 est un réactif chimiosélectif vis-à-vis de la molécule 1 ?
Justifier clairement votre réponse. Remarque : on considèrera qu’il est impossible de faire réagir
les doubles liaisons C=C du cycle aromatique à 6 atomes de carbone.
2/ Rôle de la molécule 2
On imagine qu’au lieu de réaliser la réaction 1 (doc.1) en 3 étapes comme décrit dans le doc.2, on
fait intervenir le réactif A directement sur la molécule 1. On a alors une réaction en une seule
étape :
molécule 1 + réactif A – molécule 6.
On va chercher à montrer que dans ce cas on n’obtiendrait pas la molécule souhaitée (molécule 5),
ce qui permettra de justifier l’intérêt de faire agir la molécule 2 sur la molécule 1, avant
d’introduire le réactif A.
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3. À l’aide des informations du doc.3, dessiner la formule topologique de la molécule 6.
4. Peut-on dire que le réactif A est chimiosélectif vis-à-vis de la molécule 1 ? Justifier.
5. Au vu de la réponse donnée à la question 3 et de la remarque importante mentionnée dans le
doc.2, justifier que la molécule 2 joue le rôle d’agent protecteur de fonction.
6. Dans le cadre d’un mécanisme de protection de fonction, donner un nom aux étapes
représentées par les réactions 2, 3, et 4 permettant d’obtenir la molécule 5 souhaitée.
IV- ÉTUDE
DE LA SYNTHÈSE DE DEUX ESPÈCES CHIMIQUES
 Les 2 parties de cet exercice sont totalement indépendantes 
1/ Étude du protocole de synthèse du paracétamol
Le paracétamol est un médicament qui se rapproche de l’aspirine par ses propriétés analgésiques et
antipyrétiques. Il est cependant dépourvu d’action anti-inflammatoire et ne présente pas les
contre-indications de l’aspirine. On l’obtient grâce à la réaction suivante, écrite en ANNEXE :
para-aminophénol + anhydride éthanoïque  paracétamol + acide éthanoïque
Voici un exemple de protocole de synthèse du paracétamol :
Étape 1 : Dans un ballon monocol on introduit 10,0 g de para-aminophénol (noté PA), 30 mL d’eau
puis 12,0 mL d’anhydride éthanoïque (noté AE). On adapte rapidement un réfrigérant à reflux sur
le ballon, on ouvre la circulation d’eau dans le réfrigérant et on chauffe pendant 20 minutes.
Étape 2 : Au bout des 20 minutes, on refroidit puis on transvase dans un bécher. On place celui-ci
dans un mélange eau-glace : le produit (noté P) précipite. On réalise une filtration sous vide, on
lave à l’eau glacée. Après essorage et séchage sur papier filtre, le produit brut humide est placé à
l’étuve à 80°C. On obtient alors une masse de produit sec : mP = 10,8 g.
Étape 3 : On réintroduit le produit obtenu dans un minimum de solvant, et on chauffe jusqu’à le
redissoudre complètement. On place ensuite le récipient dans un bain d’eau glacée et on gratte un
peu le fond avec un agitateur en verre : le produit précipite de nouveau. On filtre une nouvelle fois
sous vide, on rince avec de l’eau glacée, puis on place le produit obtenu à l’étuve à 80°C. On
obtient une masse de produit sec : mP2 = 8,40 g.
Étape 4 : On mesure la température de fusion du produit obtenu : 174°C, et on réalise son spectre
IR qui montre entre autres des bandes caractéristiques des liaisons C=O, C–N, O–H.
1. Sur l’équation de réaction reproduite en ANNEXE, entourer et nommer les groupes
caractéristiques présents dans toutes les molécules excepté l’anhydride éthanoïque. Associer à
chaque groupe le nom d’une fonction organique.
2. Attribuer un nom à chacune des 4 étapes décrites ci-dessus.
3. Pourquoi chauffe-t-on à reflux ? Légender les 2 éléments repérés en page suivante.
4. Quel est le double intérêt de procéder à une filtration sous vide ?
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5. Comment appelle-t-on la technique décrite dans toute l’étape 3 ?
6. Quel appareil permet de mesurer une température de fusion ?
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7. Commenter les résultats de l’étape n°4 quant à la vérification du
produit obtenu, sa pureté,…
2/ Synthèse de l’aspartame et chimie verte

L’aspartame est un édulcorant employé dans de très nombreux
aliments dits "light" pour leur apporter un goût sucré, sans utiliser de
sucre proprement dit (saccharose). La première synthèse de
l’aspartame a été réalisée en 1965. Le succès commercial de cet
édulcorant a amené les chimistes à développer une voie de synthèse
par catalyse enzymatique, à partir de 3 réactifs simplement.
1. Calculer la valeur du facteur environnemental E pour la voie de synthèse par catalyse
enzymatique.
2. Le procédé historique, plus polluant, a-t-il un facteur environnemental plus faible ou plus élevé
que le procédé par catalyse enzymatique ? Justifier.
3. Citer, de mémoire, quelques principes de la chimie verte qui font que le procédé par catalyse
enzymatique s’inscrit davantage dans une démarche écologique que le procédé historique.
DONNÉES :
Facteur environnemental : E 
  d  M(D )
i
i
p  M(P)
où P est le produit recherché et p son nombre stœchiométrique dans l’équation de la réaction de
synthèse, et Di les déchets produits avec di leurs nombres stœchiométriques respectifs.
Masses molaires atomiques M (en g/mol) :
M(H)=1
M(C)=12
M(N)=14
M(O)=16
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ANNEXES – Nom :
I- SUIVI SPECTROPHOTOMÉTRIQUE D’UNE CINÉTIQUE DE RÉACTION
Figure 2 : Évolution de l'absorbance du mélange au cours du temps
II- L’ANESTHÉSIE,
DES PRÉMICES À NOS JOURS
H
Étape (a) :
H3C
+
CH2 O H
+
H
H3C
CH2
Étape (b) :
H
H
H
H3C
+
O
+
CH2 O H
+
H3C
H3C
CH2 O H
+
CH2 O
CH2
CH3
+
H2O
H
Étape (c) :
H3C
+
CH2 O
CH2
CH3
H3C
CH2 O
CH2
CH3
+
+
H
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III- SÉLECTIVITÉ
TS
EN CHIMIE
ORGANIQUE
ℓ
IV- ÉTUDE
DE LA SYNTHÈSE DE DEUX ESPÈCES CHIMIQUES
1/ Étude du protocole de synthèse du paracétamol
para-aminophénol + anhydride éthanoïque ––-–––– paracétamol + acide éthanoïque
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