Corrigé épreuve théorique

OLYMPIADES DE LA CHIMIE
AMIENS 2OO7
EPREUVE THEORIQUE
THEME : TRANSPORT ET DEVELOPPEMENT DURABLE
A - Nous sommes en 2057 et Annie-Line se prépare pour passer le concours régional des
Olympiades de la chimie. Son prénom se prononce comme l’aniline de formule C6H5NH2.
Quels sont les noms des groupes caractéristiques que vous reconnaissez ?
Rep : phényl C6H5 et amino NH2
A quelle famille appartient l’aniline ?
Rep : amines
Indiquer si c’est une base ou un acide ?
Rep : base
En 2057 , les réserves de pétrole ont tellement baissé que ce produit devenu très cher est
réservé à la synthèse des molécules organiques. Les transports en automobile sont devenus
rares. Le développement de l’informatique et la rareté des carburants font que les personnes
travaillent chez elles. Il n’y a plus de collège ; de lycée ni d’université : les cours sont en ligne
et les TP virtuels. C’est donc dans le laboratoire d’une industrie chimique que le concours a
lieu et très exceptionnellement son père la conduit en automobile. Les carburants utilisés sont
tous issus du développement durable.
Donner une définition courte du développement durable
Rep : on ne consomme que des produits que l’on peut renouveler
Son véhicule est diesel : d’où vient ce terme ?
Rep : M. Rudolf DIESEL
Il utilise le diester : que signifie ce terme ?
Rep : diesel et ester
Ce diester est majoritairement constitué d’ester méthylique de colza (EMC) . Ester est un
groupe caractéristique. Indiquer sa formule générale
Rep : R-COO-R’
La réaction d’estérification nécessite 2 réactifs : de quelles familles sont ils ?
Rep : alcools et acides carboxyliques
En plus de l’ester un 2éme composé est produit : lequel ?
Rep : de l’eau
Comment s’appelle la réaction inverse ?
Rep : hydrolyse
L’EMC est synthétisé à partir de triglycérides du colza traités par du méthanol en excés.
Quelle est la formule du méthanol ?
Rep : CH3OH
En plus de l’EMC il se produit du glycérol CH2OH-CHOH-CH2OH.Quel est son nom selon
sa nomenclature ?
Rep : propan 1,2,3 triol
Les véhicules sont très rares sur la route. Elle en croise un seul qui roule à l’éthanol
(C2H5OH). Celui-ci est synthétisé à partir du saccharose C12H22O11 de la betterave par
fermentation alcoolique. Compléter la réaction
Rep : C12H22O11 + (H2O)
= 4 C2H5OH + 4 (CO2)
Le saccharose est formé par la plante à partir du CO2 de l’air et de l’eau. Ecrire la réaction
Rep : 12 CO2 + 11 H2O = C12H22O11 + 12 O2
Quel gaz est également produit ?
Rep : le dioxygène
La réaction demande de l’énergie : laquelle ?
Rep : la lumière
Comment s’appelle la réaction inverse ?
Rep : la combustion
Le CO2 de l’air est soluble dans l’eau et possède 2 acidités faibles : écrire les 2 équilibres
correspondants pKa(CO2 + H2O /HCO3- ) = 6,3 pKa(HCO3-/CO32-) = 10,3
Rep : CO2 + H2O = HCO3- + H+
HCO3- = CO32- + H+
Placer sur un axe de pH les zones de prédominance des 3 espèces carbonatées
Rep : ------CO2---------6,3----------HCO3------------10,3------------CO32---------->
Comment s’appellent les ions HCO3 - et CO32- ?
Rep : hydrogénocarbonate et carbonate
Quel serait le pH d’une solution contenant 2 fois plus de HCO3- que de CO2 ?
Rep : 6,3 + log 2 = 6,6
Le CO2 de l’air est un gaz à effet de serre : définir brièvement l’effet de serre
Rep : emprisonne l’infrarouge et cause le réchauffement de la planète
Des gaz combustibles utilisables sont également produits par gazéification du carbone issu
soit des mines de charbon soit du charbon de bois. De ces 2 possibilités ; laquelle correspond
au développement durable ? Pourquoi ?
Rep : charbon de bois ( renouvelable )
Le bois est un matériau naturel composite formé d’un squelette et de cellulose.
Définir brièvement le terme matériau composite
Rep : hétérogène : fibres résistantes dans un liant
La cellulose est un polymère du glucose C6H12O6. Comment en fait-on du charbon de bois ?
Ecrire la réaction simplifiée
Rep : C6H12O6 = 6 C + 6 H2O
Pour gazéifier le carbone, on procède à son oxydation partielle par O2 (en défaut) : écrire la
réaction
Rep : C + ½ O2 = CO
Ou par H2O : écrire l’équilibre
Rep : C + H2O = CO + H2
Etant donné l’étendue des terres cultivables disponibles pour obtenir le bois, le colza et la
betterave, la production de ces carburants est insuffisante et les transports sont donc très
limités. Effet très bénéfique car nous marchons, pédalons et sommes en meilleure santé.
Nous découvrons nos voisins et les commerces de proximité sont de nouveau ouverts ; plus de
temps perdu dans les transports : la qualité de vie s’est améliorée.
B – Nous sommes en 2062 . Choline la petite sœur d’Annie-Line participe à son tour à cette
finale des Olympiades (Choline est également un amino-alcool ; leur père ingénieur chimiste
étant très passionné par la chimie et facétieux).
Elle se prépare 3 heures à l’avance car la circulation automobile est revenue ; encore plus
dense qu’au début du siècle.
Pourquoi ? En 2058 des physico-chimistes ont réussi à amorcer et à contrôler la fusion
thermonucléaire !!!! En quoi consiste t-elle ?
Rep : formation d’un noyau atomique à partir de plusieurs noyaux plus légers
Nous pouvons cependant la voir et la constater : où cela ?
Rep : dans l’espace : le soleil ; les étoiles
Cette source d’énergie thermique quasi gratuite et inépuisable produit de l’énergie électrique à
très bon marché permettant la synthèse d’un carburant à bas prix et propre : le dihydrogène.
Pourquoi ce carburant est t-il propre ?
Rep : sa combustion produit de l’eau uniquement
Comment peut-il être produit à moindre coût ? Avant 2058 ? puis après 2058 ?
Rep : avant CH4 + H2O = CO + 3 H2O
Après par électrolyse
( développement non durable )
Il fait cependant fonctionner un moteur thermique bruyant. En ville, les véhicules électriques
sont donc conseillés. Ils fonctionnent grâce à une pile à combustible utilisant à nouveau H2
mais aussi O2. Comment produisait-on O2 avant 2058 ?
Rep : par distillation de l’air liquide
Dans cette pile quel est l’oxydant ? Quel est le réducteur ?
Rep : oxydant : O2
réducteur : H2
Ecrire les demi-équations d’oxydo-réduction correspondantes et l’équation bilan
Rep : H2 = 2 H+ + 2 e-
½ O2 + 2 H+ + 2 e- = H2O
H2 + ½ O2 = H2O
Comme vous le constatez, l’évolution du monde et des transports en particulier est tributaire
de la production d’énergie.
QUESTIONS BONUS
Actuellement, un projet mondial va débuter en France pour essayer d’amorcer des réactions
thermonucléaires. Comment s’appelle t-il ?
Rep : ITER
En cette année 2062 , Choline est classée 1ère à ce concours des Olympiades régionales.
Son père en est très fier mais doit supporter 3 heures d’embouteillages pour la ramener chez
elle. Apprenant ensuite que sa société lui proposait une mutation en Italie (c’est de nouveau
possible depuis 2058) ; il choisit immédiatement Venise.
Pourquoi Venise est-elle concernée par le développement durable et pourquoi ce choix rapide
(pensez à la qualité de vie) ?
Rep : le réchauffement de la planète fait monter le niveau de la mer et peut submerger
Venise. Le développement durable stabilise le niveau de la mer ( CO2 constant ). Les
monuments, palais et œuvres d’art qui s’y trouvent rendent la vie belle et de plus la circulation
automobile est quasi inexistante !!! ( Venise c’est 300 îlots et des ponts )