Accompagnement physique TS

Exercice 2   : des isomères 1 ère partie   : départager des isomères par spectroscopie. Un chimiste dispose de deux molécules isomères A et B de formule brute C4H80. Il sait que chaque formule développée représentée ci-dessous correspond à l'un de ces isomères.

Doc 1

Formule A Formule B

Doc 2

Doc 3 : spectre IR d’une des deux molécules A ou B

1. Vérifier que ces deux molécules sont bien

isomères. Ecrire alors les formules semi-développées de ces 2 molécules.

2. La formule A s’appelle du but-3-èn-1-ol : justifier le nom de cette molécule. 3. Nommer la formule B. 4. Combien les formules A et B contiennent-elles de groupes de protons équivalents?

En déduire à quels spectres RMN correspondent l'isomère A et l'isomère B. (Préciser alors la nature des motifs observés sur les spectres, singulet, doublet, etc).

5. Le spectre IR du document 3 est-il celui de la molécule A ou de la molécule B ? Justifier la réponse à l’aide des données en Annexe ci-dessous.

ANNEXE F = fort

Spectre 1 Spectre 2

M = moyen

2 ème partie   : des stéréoisomères

(1)1. Identifier des atomes de carbone asymétriques.

Recopier les formules topologiques données ci-contre et repérer par un astérisque (*) les éventuels atomes de carbone asymétriques.On justifiera de manière brève le raisonnement utilisé (une seule fois pour l’ensemble des molécules).Représenter la 1ère molécule [celle en haut à gauche repérée (1)] en représentation de Cram autour de l’atome de carbone asymétrique s’il y en a un, en notant les autres groupes d’atomes autour de ce carbone en formule brute.

2. Isomérie Z/E. Les molécules dont les formules semi-développées sont données ci-dessous présentent-elles l’isomérie Z/E ?Si oui, représenter les deux isomères, et les nommer :A  : CH3 - CH2 – CH = CH2  ; B  : CH3 - CH2 – CH = CH - CH3 ; C :

3. Phéromone sexuelle de coléoptère La molécule représentée ci-dessous est celle d’une phéromone d’attraction sexuelle d’un parasite du tabac, la lasioderma serricorne ; cette phéromone est émise par la femelle pour attirer le mâle.

3.a. Déterminer la formule brute de cette molécule et identifier ses groupes caractéristiques. Quel nom peut-on lui donner en nomenclature systématique, sachant qu’il s’agit d’une cétone substituée ?

3.b. Recopier la formule de la molécule du 3.a. en formule topologique et repérer les atomes de carbone asymétriques. Combien de stéréoisomères de configuration présente-t-elle ?

3.c. On fait subir à la molécule de phéromone une oxydation ménagée et on obtient l’espèce chimique présentée ci-contre.Cette molécule présente-telle un (ou plusieurs) atome(s) de carbone asymétrique(s) ?

Si oui, combien ?

Cette molécule est-elle chirale ?

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Exercice 3   : Suivi spectrophotométrique d’une réaction Les ions permanganate MnO4- réagissent avec l’acide oxalique H2C2O4 en milieu acide selon l’équation chimique :

2 MnO4-(aq) + 5 H2C2O4(aq) + 6 H+(aq) → 2 Mn2+(aq) + 10 CO2(aq) + 8 H2O(l) réaction (1)Toutes les espèces chimiques intervenant dans cette réaction sont incolores, sauf les ions permanganate.Un volume V1 = 1,00 mL de solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration molaire en soluté c1 = 9,50.10-4 mol.L-1, acidifiée en excès par de l'acide sulfurique, est mélangé à un volume V2 = 1,00 mL d'une solution aqueuse d'acide oxalique de concentration molaire en soluté c2 = 2,50.10-2 mol.L-1. Le

volume total du mélange réactionnel est V = V1 + V2. Ce volume reste constant au cours de la transformation étudiée. La température est fixée à 20 °C. La transformation chimique est lente et son évolution est suivie par spectrophotométrie. La courbe ci-contre a été obtenue. Partie 11.a. À l'aide d'un tableau d'avancement, établir la relation entre la quantité de matière n d'ions Mn04- et l'avancement x de la réaction dans un état intermédiaire quelconque.

1.b. En déduire l'expression de la concentration [Mn04-] en ions permanganate en fonction de l'avancement x de la réaction dans un état intermédiaire quelconque. 1.c. Dans les conditions de l'expérience, l'absorbance A est liée à cette concentration:

A = k x [Mn04-] où k=2,53.103 L.mol-1.Déduire de ce qui précède une expression de l'avancement x de la forme aA + b où a et b sont des constantes dont on donnera la valeur et l'unité. 1.d. Montrer que la courbe ci-dessus est bien en accord avec le fait que les ions permanganate sont le réactif limitant de la réaction. Partie 2La relation établie à la question 1.c. permet d’obtenir le tableau suivant : Date t(s) 0 200 400 500 550 600 650Avancement x (en 10-9mol) 0 88,9 374 472 475 475 475

2.a. Tracer la courbe représentant l’avancement x en fonction du temps. Utiliser à cet effet le papier millimétré de la dernière page.2.b. Déterminer graphiquement, puis par le calcul, la valeur de l’avancement final xf.2.c. Définir le temps de demi-réaction t1/2. Déterminer sa valeur graphiquement en expliquant votre démarche.

Partie 33.a. Dessiner sur le graphe de la question 2.a., en le justifiant, l’allure de la courbe donnant l’avancement en fonction du temps pour une température plus élevée, toutes choses étant égales par ailleurs. 3.b. Les ions Mn2+ sont produits par la réaction et catalysent celle-ci. Qu’est-ce qu’un catalyseur ? De quel type de catalyse s’agit-il ici ?

Partie 4 : Catalyseur ou non   ? Dans un tube à essais contenant une solution de nitrate de potassium, K+(aq) + NO3-(aq), on introduit des copeaux de cuivre. Aucune réaction ne semble se produire.On ajoute alors quelques gouttes d’une solution concentrée d’acide nitrique H+(aq) + NO3-(aq). Un gaz se dégage et la solution bleuit progressivement.Le gaz formé lors de cette réaction est du monoxyde d’azote NO. Au contact du dioxygène de l’air, il donne du dioxyde d’azote NO2 roux.Données : couples mis en jeu Cu2+(aq) / Cu(s) et NO3-(aq) / NO(g).

Question   : l’ion hydrogène H+(aq) est-il un catalyseur de cette réaction ? PS important : on ne peut pas répondre à cette question simplement par oui on non. Il faut démontrer clairement ce oui ou ce non.