Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Synthèse d’une espèce chimique
Espèce naturelle, espèce de synthèse identique et espèce artificielle ; les trois étapes d’un protocole (transformation, isolement, identification) ; le montage de chauffage à reflux et son schéma ; l’identification du produit par chromatographie sur couche mince et température de fusion ; le réactif limitant et la masse maximale de produit.
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Une espèce synthétisée au laboratoire et identique à une espèce naturelle :
- A. n’existe pas dans la nature
- B. a les mêmes propriétés que l’espèce naturelle
- C. est forcément plus pure que l’espèce naturelle
- D. contient toujours un réactif restant
Réponse
B. a les mêmes propriétés que l’espèce naturelle — Mêmes molécules, donc mêmes propriétés (température de fusion, chromatographie…). Ce sont les autres espèces présentes qui peuvent différer.
Une espèce artificielle est une espèce :
- A. extraite d’une plante ou d’un fruit
- B. de synthèse identique à une espèce naturelle
- C. séparée d’un mélange par distillation
- D. synthétisée et absente de la nature
Réponse
D. synthétisée et absente de la nature — Artificielle : fabriquée par l’être humain et inexistante dans la nature, comme la mauvéine de Perkin.
Les trois étapes d’une synthèse sont, dans l’ordre :
- A. transformation, isolement, identification
- B. isolement, transformation, identification
- C. identification, transformation, isolement
- D. transformation, identification, isolement
Réponse
A. transformation, isolement, identification — On forme le produit, on le sépare du mélange, puis on prouve ce qu’il est.
Le chauffage à reflux permet :
- A. de séparer le produit du mélange réactionnel
- B. d’identifier l’espèce chimique synthétisée
- C. d’accélérer la transformation sans perte de matière
- D. de refroidir le mélange avant l’isolement
Réponse
C. d’accélérer la transformation sans perte de matière — Le chauffage accélère la transformation et le réfrigérant renvoie les vapeurs condensées dans le ballon.
Une chromatographie sur couche mince (CCM) sert à :
- A. accélérer une synthèse au laboratoire
- B. mesurer une température de fusion
- C. identifier les espèces d’un mélange
- D. ajuster une équation de réaction
Réponse
C. identifier les espèces d’un mélange — La CCM sépare et identifie les espèces : une même espèce migre à la même hauteur que sa référence.
Extraire une espèce d’une plante, c’est :
- A. la séparer sans former d’espèce nouvelle
- B. la fabriquer à partir de réactifs
- C. la chauffer jusqu’à sa fusion complète
- D. la changer en une espèce artificielle
Réponse
A. la séparer sans former d’espèce nouvelle — L’extraction sépare une espèce déjà présente ; la synthèse la forme par une transformation chimique.
Quelques gouttes d’acide sulfurique ajoutées au mélange réactionnel :
- A. forment le réactif limitant de la synthèse
- B. servent à régulariser l’ébullition
- C. sont le produit principal recherché
- D. accélèrent la transformation sans être consommées
Réponse
D. accélèrent la transformation sans être consommées — Cette espèce n’est pas consommée : ce n’est pas un réactif, elle n’apparaît pas dans l’équation. La pierre ponce, elle, régularise l’ébullition.
Le sommet du réfrigérant d’un montage à reflux reste ouvert pour :
- A. laisser entrer l’eau froide qui le refroidit
- B. éviter une surpression
- C. recueillir le produit au fur et à mesure
- D. faire sortir le réactif en excès
Réponse
B. éviter une surpression — Fermé et chauffé, le montage verrait sa pression monter. L’eau froide circule dans le manchon, pas dans le tube intérieur.
Sur le banc Kofler, un solide pur :
- A. fond nettement à la valeur des tables
- B. fond sur une large plage de températures
- C. fond toujours au-dessus de 100 °C
- D. ne fond qu’après avoir été purifié
Réponse
A. fond nettement à la valeur des tables — Fusion nette à la valeur des tables, à la précision du banc près : signature d’un solide pur. Un solide impur fond plus bas, sur une plage.
Le réactif limitant d’une synthèse :
- A. est toujours le réactif le plus cher
- B. est celui de plus petite masse
- C. fixe la quantité maximale de produit
- D. reste dans le ballon à la fin
Réponse
C. fixe la quantité maximale de produit — Entièrement consommé si la transformation est totale, il fixe la quantité maximale de produit. On le trouve par les quantités de matière, jamais par les masses.
Sur une CCM, une tache du produit à la hauteur d’un réactif montre :
- A. que la synthèse a parfaitement réussi
- B. qu’il reste ce réactif dans le produit
- C. que ce réactif est le produit attendu
- D. que l’éluant a été mal choisi
Réponse
B. qu’il reste ce réactif dans le produit — Même hauteur que le réactif sur la même plaque : le réactif est présent, c’est une impureté du produit.
Contrairement au chauffage à reflux, la distillation :
- A. renvoie les vapeurs condensées dans le ballon
- B. se fait toujours sans aucun chauffage
- C. ne demande pas de réfrigérant
- D. recueille le liquide condensé dans un autre récipient
Réponse
D. recueille le liquide condensé dans un autre récipient — Les deux montages liquéfient les vapeurs ; la distillation les recueille à part, le reflux les renvoie dans le ballon.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Si l’on chauffe un mélange réactionnel dans un ballon ouvert, sans réfrigérant, on risque surtout :
- A. de rendre la transformation endothermique
- B. de changer la nature du réactif limitant
- C. de perdre des espèces par évaporation
- D. d’empêcher toute transformation chimique
Réponse
C. de perdre des espèces par évaporation — Sans réfrigérant, les vapeurs s’échappent : on perd des réactifs et du produit. C’est tout l’intérêt du montage à reflux.
En CCM, le produit synthétisé donne deux taches, dont l’une est à la hauteur de la référence. On en conclut que :
- A. le produit contient l’espèce voulue, mais il est impur
- B. la synthèse a échoué : l’espèce est absente
- C. le produit est pur : la seconde tache est un artefact
- D. l’espèce de synthèse diffère de l’espèce naturelle
Réponse
A. le produit contient l’espèce voulue, mais il est impur — La tache à la hauteur de la référence prouve la présence de l’espèce ; la seconde tache révèle une impureté.
Acide + alcool → ester + eau (nombres stœchiométriques égaux à 1), avec 0,50 mol d’acide et 0,20 mol d’alcool. Quantité maximale d’ester :
- A. 0,50 mol
- B. 0,30 mol
- C. 0,70 mol
- D. 0,20 mol
Réponse
D. 0,20 mol — 0,20 mol d’alcool, c’est moins que 0,50 mol d’acide : l’alcool est limitant ; 1 mol d’alcool donne 1 mol d’ester, soit 0,20 mol au plus.
Même réaction, avec 0,60 mol d’acide et 0,15 mol d’alcool. Quantité d’acide restante si la transformation est totale :
- A. 0,15 mol
- B. 0,45 mol
- C. 0,60 mol
- D. 0,75 mol
Réponse
B. 0,45 mol — L’alcool est limitant : il consomme 0,15 mol d’acide ; il en reste 0,60 − 0,15 = 0,45 mol.
Un liquide a une masse volumique de 0,90 g·mL⁻¹. La masse de 25,0 mL de ce liquide vaut :
- A. 22,5 g
- B. 27,8 g
- C. 25,9 g
- D. 2,25 g
Réponse
A. 22,5 g — m = ρ × V = 0,90 × 25,0 = 22,5 g. Diviser (25,0 ÷ 0,90 ≈ 27,8) est l’erreur classique.
Une molécule a une masse de 2,00 × 10⁻²² g. Nombre de molécules dans 6,02 g de cette espèce :
- A. 1,20 × 10²¹
- B. 3,01 × 10²¹
- C. 1,20 × 10²³
- D. 3,01 × 10²²
Réponse
D. 3,01 × 10²² — N = m ÷ (masse d’une molécule) = 6,02 ÷ (2,00 × 10⁻²²) = 3,01 × 10²².
Quantité de matière correspondant à 1,204 × 10²³ molécules (constante d’Avogadro : 6,02 × 10²³ mol⁻¹) :
- A. 5,00 mol
- B. 0,200 mol
- C. 0,0200 mol
- D. 2,00 mol
Réponse
B. 0,200 mol — n = N ÷ NA = 1,204 × 10²³ ÷ (6,02 × 10²³) = 0,200 mol.
Un solide synthétisé fond progressivement entre 72 °C et 78 °C ; l’espèce attendue fond à 81 °C. On en conclut que :
- A. le solide est l’espèce attendue, pure
- B. le solide est une autre espèce pure
- C. le solide contient des impuretés
- D. le banc Kofler est forcément déréglé
Réponse
C. le solide contient des impuretés — Fusion étalée et plus basse que la valeur des tables : le solide est impur, il faut le purifier.
On met volontairement un réactif bon marché en excès pour :
- A. dépasser la masse maximale fixée par le limitant
- B. se passer du chauffage à reflux
- C. obtenir un produit pur sans isolement
- D. consommer au mieux le réactif le plus précieux
Réponse
D. consommer au mieux le réactif le plus précieux — Le réactif précieux devient limitant et il est consommé au mieux ; le réactif en excès reste et doit être éliminé à l’isolement.
Dans une ampoule à décanter, un ester de masse volumique 1,05 g·mL⁻¹, qui ne se mélange pas à l’eau, forme :
- A. la phase du haut
- B. la phase du bas
- C. une seule phase avec l’eau
- D. un précipité au fond
Réponse
B. la phase du bas — Plus dense que l’eau (1,00 g·mL⁻¹) et non miscible : il forme la phase inférieure.
Pour montrer par CCM qu’un produit de synthèse contient une espèce présente dans un extrait naturel, on dépose :
- A. le produit et l’extrait côte à côte sur la même plaque
- B. le produit seul, en deux gouttes voisines
- C. l’extrait sur une plaque et le produit sur une autre
- D. les réactifs seuls, sans le produit
Réponse
A. le produit et l’extrait côte à côte sur la même plaque — On ne compare des hauteurs que sur la même plaque, développée avec le même éluant.
Sur une plaque, le front de l’éluant est à 8,0 cm de la ligne de dépôt et une tache à 2,0 cm. Son rapport frontal vaut :
- A. 4,0
- B. 0,40
- C. 0,25
- D. 6,0
Réponse
C. 0,25 — Rf = h ÷ H = 2,0 ÷ 8,0 = 0,25 ; il est toujours compris entre 0 et 1.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Le produit brut ne donne qu’une tache, nettement plus haute que celle de l’espèce de référence. Conclusion :
- A. il ne contient pas l’espèce voulue
- B. il contient l’espèce voulue, et il est pur
- C. il contient l’espèce voulue et une impureté
- D. il faut seulement plus d’éluant pour conclure
Réponse
A. il ne contient pas l’espèce voulue — Aucune tache à la hauteur de la référence : l’espèce voulue est absente. Le produit est une seule espèce, mais pas la bonne.
L’extrait naturel donne quatre taches ; le produit de synthèse une seule, à la hauteur de l’une d’elles. Conclusion :
- A. la synthèse a échoué : il manque trois espèces
- B. le produit est un mélange de quatre espèces
- C. le produit est l’espèce, pure, présente dans l’extrait
- D. l’espèce de synthèse diffère de l’espèce naturelle
Réponse
C. le produit est l’espèce, pure, présente dans l’extrait — L’extrait est un mélange ; le produit, une seule espèce, celle de l’extrait à la même hauteur.
Un élève annonce 18 g de produit sec alors que la masse maximale calculée est 15 g. Le plus probable :
- A. la transformation a été plus que totale
- B. le produit est encore humide ou impur
- C. le réactif limitant était en fait en excès
- D. la masse maximale peut toujours être dépassée
Réponse
B. le produit est encore humide ou impur — La masse maximale est une limite : la dépasser signale de l’eau, du solvant ou une impureté dans le produit.
A + 2 B → P, avec 0,30 mol de A et 0,40 mol de B. Le réactif limitant est :
- A. A
- B. aucun : mélange stœchiométrique
- C. les deux à la fois
- D. B
Réponse
D. B — Quotients : 0,30 ÷ 1 = 0,30 et 0,40 ÷ 2 = 0,20 : B est limitant, bien qu’introduit en plus grande quantité.
2 A + B → P, avec 0,50 mol de A et 0,30 mol de B. Quantité maximale de P :
- A. 0,30 mol
- B. 0,25 mol
- C. 0,50 mol
- D. 0,15 mol
Réponse
B. 0,25 mol — Quotients : 0,50 ÷ 2 = 0,25 et 0,30 ÷ 1 = 0,30 : A est limitant ; 2 mol de A donnent 1 mol de P : 0,25 mol.
On réalise une synthèse à reflux plutôt qu’à température ambiante, car à chaud :
- A. la masse maximale de produit est plus grande
- B. le réactif limitant devient le réactif en excès
- C. l’espèce formée n’est plus la même
- D. la transformation est bien plus rapide
Réponse
D. la transformation est bien plus rapide — Le chauffage accélère la transformation ; il ne change ni le réactif limitant ni la masse maximale, fixés par l’équation et les quantités introduites.
Quelles mesures montrent le mieux qu’une espèce de synthèse est identique à l’espèce naturelle ?
- A. même température de fusion et même hauteur en CCM
- B. même couleur et même odeur
- C. même prix au kilogramme
- D. même nom sur l’étiquette du flacon
Réponse
A. même température de fusion et même hauteur en CCM — L’identité se prouve par des propriétés physiques mesurées dans les mêmes conditions, pas par l’aspect ou le prix.
Une espèce présente dans un fruit et cette même espèce synthétisée au laboratoire :
- A. diffèrent, car l’une est artificielle
- B. n’ont pas la même formule chimique
- C. ont la même température d’ébullition
- D. ne migrent pas à la même hauteur
Réponse
C. ont la même température d’ébullition — Même espèce, mêmes molécules : mêmes propriétés, dont la température d’ébullition et la hauteur de migration.
Dans une synthèse d’ester, l’acide acétique, bon marché et soluble dans l’eau, est mis en excès. Intérêt :
- A. l’acide acétique devient alors le réactif limitant
- B. la masse maximale ne dépend plus de l’alcool utilisé
- C. l’alcool, plus coûteux, est consommé au mieux
- D. on peut se passer du chauffage à reflux
Réponse
C. l’alcool, plus coûteux, est consommé au mieux — L’alcool devient limitant et fixe la masse maximale ; l’acide restant se dissout dans l’eau de lavage.
Pourquoi ne compare-t-on pas les hauteurs de taches de deux plaques différentes ?
- A. l’éluant ou la plaque peuvent différer
- B. la silice transforme les espèces déposées
- C. les taches n’ont jamais la même couleur
- D. le front monte toujours à la même hauteur
Réponse
A. l’éluant ou la plaque peuvent différer — La hauteur de migration dépend des conditions (éluant, plaque) : seules des taches d’une même plaque se comparent.
Une espèce qui accélère la transformation sans être consommée :
- A. est le réactif limitant de la synthèse
- B. est un produit formé en petite quantité
- C. augmente la masse maximale de produit
- D. ne figure pas dans l’équation de réaction
Réponse
D. ne figure pas dans l’équation de réaction — Elle n’est ni réactif ni produit : elle n’apparaît pas dans l’équation et ne change pas la quantité maximale de produit.
On peut former au plus 0,040 mol de produit ; une molécule a une masse de 2,50 × 10⁻²² g. Masse maximale de produit :
- A. 1,00 × 10⁻²³ g
- B. 6,02 g
- C. 2,41 g
- D. 0,160 g
Réponse
B. 6,02 g — m = n × NA × masse d’une molécule = 0,040 × 6,02 × 10²³ × 2,50 × 10⁻²² = 6,02 g.
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