1. Le CO2 � l'�tat solide.
43.
Pr�ciser l'�tat du dioxyde de carbone dans les r�gions 1 � 4 du
diagramme de phases. D�finir ce qu'on appelle point triple et point
critique.
A point triple, les trois �tats, gaz, liquide et solide coexistent en �quilibre.
Au dessus de la temp�rature critique ( au dessus de la pression
critique) on ne peut pas observer de changement d'�tat liquide-gaz.
44. Peut-on obtenir du CO2 liquide � partir du CO2 solide sous une pression de 1 bar ? Pourquoi dit-on que la carboglace est une glace s�che ?
Le CO2 ne peut pas se trouver � l'�tat liquide sous une
pression de 1 bar. La carboglace passe directement � l'�tat gazeux,
elle se sublime.
45.
A l'�tat solide, le dioxyde de carbone cristallise dans la structure
cubique � face centr�e ( cfc), les noeuds du r�seau �tant occup�s par
les atomes de carbone. Repr�senter cette maille. Combien y a t-il de
mol�cules CO2 par maille ?. La masse de la carboglace est de 1562 kg m-3.
En d�duire le param�tre de la maille cristalline et la distance entre
les atomes de carbone les plus proches. Comparer � la liaison C-O dans
la mol�cule CO2 ( 116,3 pm).
Chaque
atome de carbone situ� au centre d'une face, donc commun � deux mailles
compte pour � : il y a 6 faces soit 6*0,5 = 3 atomes.
- Chaque atome situ� � un sommet, donc commun � huit mailles compte pour 1/8 : il y a huit sommets donc 8 /8 atome.
Total : 4 mol�cules CO2 par maille.
Masse d'une maille : 4 M(CO2) / NA =4 x0,044 / (6,02 1023)=2,92 10-25 kg.
Volume d'une maille : a3 ; masse volumique : 1562 = 2,92 10-25 /a3 ; a = 5,72 10-10 m =572 pm.
Rayon d'un atome de carbone : r = 202 pm ; distance entre deux atomes de carbone les plus proches : 572-2 x202 =168 pm.
Cette valeur est sup�rieure � la liaison C=O dans la mol�cule CO2.
46. Pr�ciser quels types d'interactions assurent la coh�sion du cristal de CO2.
La coh�sion est assur�e par des interactions faibes de Van Der Waals.
47. En
classe de quatri�me, un professeur m�ne avec ses �l�ves une �tude
exp�rimentale de l'�volution de la temp�rature de l'eau
pure pendant la solidification. Un graphique des mesures r�alis�es est
construit et exploit�.
R�diger un protocole exp�rimental.
Placer un tube � essais, contenant de l'eau distil�e dans le m�lange r�frig�rant glace + sel.
Observer le contenu du tube est relever la temp�rature toutes les minutes.
temps (min
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
temp�rature (�C)
|
13
|
8
|
3
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
-1
|
-3
|
�tat de l'eau
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L
|
L
|
L
|
L
|
L+S
|
L+S
|
L+S
|
L+S
|
S
|
S
|
Tracer le graphique de la temp�rature de l'eau en fonction du temps �coul� et conclure.
2. Production de la caf�ine.
A l'�tat de fluide supercritique, le CO2 est tr�s utilis�
pour isoler et extraire des compos�s fragiles ( principes actifs)
d'un m�lange. ( d�caf�ination du caf�). Les faibles temp�ratures mises
en oeuvre ( 40 � 60 �C) permettent de conserver l'int�gralit� des
mol�cules thermolabiles. A la d�pressurisation, le CO2 est lib�r� sous forme gazeuse et le compos� recherch� sous forme liquide ou solide.
48. D�finir ce qu'est l'extraction par percolation. Donner un avantage d'une extraction par CO2 supercritique par rapport aux proc�d�s classiques d'extraction par solvants ou hydrodistillation.
Percolation : extraction par passage du solvant ( eau) � haute pression.
Une extraction par CO2 supercritique n'utilise pas de solvants organiques, pas de fortes temp�rature et ne g�n�re pas d'effluents.
49. A partir de la
synth�se de la caf�ine, �crire l'�quation de la r�action chimique
correspondant � l'�tape de passage du compos� 3 au compos� 4. Pr�ciser
les produits form�s.
50.
Proposer un m�canisme r�actionnel correspondant � la premi�re partie du
traitement ( HCOOH / chauffage ) dans l'�tape de passage du compos� 4
au compos� 5.
51.
Proposer un m�canisme r�actionnel correspondant � la seconde partie du
traitement de l'�tape de passage 4 � 5. Donner son m�canisme sur une
repr�sentation simplifi�e.
52. Le d�tail du protocole utilis� dans l'�tape de 5 � 6 est d�crit ci-dessous :
La cyclisation
intramol�culaire du compos� 5 est r�alis�e en utilisant du fer et
l'acide ac�tique. 2 mL d'acide ac�tique glacial et 10 �quivalent de
poudre de fer ( 0,30 g) sont m�lang�s � 100 mg du compos� 5. le m�lange
est port� � reflux pendant 30 min.
Proposer un protocole permettant, en fin de r�action, d'extraire et purifier la th�ophyline (6) du m�lange r�actionnel.
La th�ophyline est dissoute dans un solvant organique chlor� ; ce dernier est �limin� par distillation.
Purification par recristallisation.
53.
Dans la derni�re �tape de passage de la th�ophyline � la caf�ine, le
dim�thylsulfoxyde (DMSO) est utilis� comme solvant. Pr�ciser la
structure de la mol�cule de DMSO et et d�duire quelles propri�t�s de ce
solvant sont recherch�es ici.
Solvant
polaire aprotique. Il est soluble � la fois dans l'eau et dans la
plupart des solvants. Il solubilise de nombreux compos�s organiques et
certains compos�s inorganiques.
54. Un enseignant (
classe de premi�re g�n�rale) fait travailler � ces �l�ves la
capacit� " d�terminer la composition de l'�tat final d'un syst�me
si�ge d'une transformation chimique totale". R�action du 1,3 Dim�thyl-
5-nitroouracyle avec le fer.
A + C + B --> D +E +F
Indiquer
la ligne de programme traduisant la relation de stoechiom�trie utilis�e
par la suite dans le code. Proposer une suite � ce programme qui permet
de donner la composition du syst�me en fin de transformation consid�r�e
comme totale.
Ligne 5 : coeficients stoechiom�triques des r�actifs.
Ligne 16 : A = ni_A-n_stoe_A # quantit� de mati�re du r�actif A en exc�s
D = ni_A-n_stoe_A # quantit� de mati�re du produit D
F=ni_B # quantit� de mati�re d'ion fer (II).
Ligne 21 : B=ni_B-n_stoeB # quantit� de mati�re de fer en exc�s
D =ni-B # quantit� de mati�re du produit D
F =3*ni_B # quantit� de mati�re d'ion fer (II)
Ligne 23 ajouter : D =ni-A " quantit� de mati�re du produit D
F = ni-B " quantit� de mati�re d'ion fer (II)
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