Chimie 3ᵉ
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Introduction à la chimie organique
Molécules carbonées, hydrocarbures, groupes caractéristiques
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 3ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « Introduction à la chimie organique » en troisième permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en chimie. Ils suivent le programme officiel de troisième et se résolvent étape par étape. Au programme : Qu'est-ce que la chimie organique ?, Le carbone, un atome à quatre liaisons, Les hydrocarbures : alcanes et alcènes, Écrire une molécule organique. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en chimie en troisième.
Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.
Facile
Pb. 1 — Butane ou propane ?Les bouteilles de gaz bleues contiennent du butane, les bouteilles pour l'extérieur du propane. Températures d'ébullition : butane −0,5 °C, propane −42 °C. La combustion de 1 kg de butane rejette 3,0 kg de CO₂ ; pouvoir calorifique 46 MJ/kg.
Formule brute du propane (alcane à 3 carbones) :
3 C et 2 × 3 + 2 = 8 H.Par une nuit d'hiver à −8 °C, laquelle des deux bouteilles ne fournit plus de gaz : butane ou propane ?
À −8 °C, le butane (ébullition −0,5 °C) reste liquide dans la bouteille ; le propane, lui, bout encore.Une bouteille contient 13 kg de butane. Masse de CO₂ rejetée si on la brûle entièrement, en kg :
13 × 3,0 = 39 kg.Énergie libérée par la bouteille entière, en MJ :
13 × 46 = 598 MJ, soit environ 166 kWh.Voir le corrigé
- C3H8 — 3 C et 2 × 3 + 2 = 8 H.
- butane — À −8 °C, le butane (ébullition −0,5 °C) reste liquide dans la bouteille ; le propane, lui, bout encore.
- 39 — 13 × 3,0 = 39 kg.
- 598 — 13 × 46 = 598 MJ, soit environ 166 kWh.
Pb. 2 — Le vinaigre de la cuisineUne bouteille de vinaigre blanc de 1 L (masse 1 kg) indique « acidité 8 % » : 8 g d'acide éthanoïque pour 100 g de vinaigre. Formule de l'acide éthanoïque : CH₃–COOH.
Formule brute de l'acide éthanoïque :
2 C, 4 H (3 + 1), 2 O.Quel groupe caractéristique rend cette molécule acide ?
C'est le H du –COOH qui part sous forme d'ion H⁺.Masse d'acide éthanoïque dans la bouteille, en g :
8 % de 1 000 g = 80 g.Le pH du vinaigre pur est 2,5. On en dilue 10 mL dans 90 mL d'eau : la solution est-elle plus ou moins acide, et son pH augmente-t-il ou diminue-t-il ?
Diluée, la solution est moins acide : le pH augmente (il se rapproche de 7, d'environ 3,5 pour une dilution par 10).Diluer un acide fait toujours monter le pH, sans jamais dépasser 7.Voir le corrigé
- C2H4O2 — 2 C, 4 H (3 + 1), 2 O.
- -COOH — C'est le H du –COOH qui part sous forme d'ion H⁺.
- 80 — 8 % de 1 000 g = 80 g.
- Réponse libre — exemple : Diluée, la solution est moins acide : le pH augmente (il se rapproche de 7, d'environ 3,5 pour une dilution par 10). — Diluer un acide fait toujours monter le pH, sans jamais dépasser 7.
Moyen
Pb. 3 — La molécule mystère du modèle moléculaireUn élève construit une molécule avec 2 boules noires (carbone), 6 boules blanches (hydrogène) et 1 boule rouge (oxygène). Il constate que deux assemblages différents sont possibles.
Formule brute de la molécule :
On compte simplement les boules.Premier assemblage : la boule rouge est en bout de chaîne, liée à une blanche. Nom de cette molécule :
CH₃–CH₂–OH : un groupe –OH, c'est un alcool.Second assemblage : la boule rouge est entre les deux boules noires. Écris sa formule semi-développée :
L'oxygène utilise ses 2 liaisons pour les deux carbones, chaque carbone garde 3 hydrogènes. Pas de groupe –OH : ce n'est pas un alcool mais un éther, isomère de l'éthanol.Vérifie les valences du premier assemblage : combien de liaisons porte l'oxygène, et avec quels atomes ?
L'oxygène forme 2 liaisons : une avec un carbone et une avec un hydrogène (groupe –OH). Chaque carbone en forme 4 et chaque hydrogène 1.C 4, O 2, H 1 : la molécule est correcte.Voir le corrigé
- C2H6O — On compte simplement les boules.
- éthanol — CH₃–CH₂–OH : un groupe –OH, c'est un alcool.
- CH₃–O–CH₃ — L'oxygène utilise ses 2 liaisons pour les deux carbones, chaque carbone garde 3 hydrogènes. Pas de groupe –OH : ce n'est pas un alcool mais un éther, isomère de l'éthanol.
- Réponse libre — exemple : L'oxygène forme 2 liaisons : une avec un carbone et une avec un hydrogène (groupe –OH). Chaque carbone en forme 4 et chaque hydrogène 1. — C 4, O 2, H 1 : la molécule est correcte.
Pb. 4 — Rouler au bioéthanolLe carburant E85 contient 85 % d'éthanol produit à partir de betteraves. Données : 1 L d'essence libère 32 MJ et rejette 2,3 kg de CO₂ ; 1 L d'éthanol libère 21 MJ ; masse volumique de l'éthanol 0,79 kg/L ; la combustion de 1 kg d'éthanol rejette 1,9 kg de CO₂. Arrondir les résultats au dixième.
Écris l'équation de la combustion complète de l'éthanol C₂H₆O.
C₂H₆O + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O.2 C → 2 CO₂ ; 6 H → 3 H₂O ; O : 1 + 6 = 7 = 4 + 3.Une voiture consomme 6,0 L d'essence aux 100 km. Volume d'éthanol nécessaire pour la même énergie, en L :
Énergie : 6,0 × 32 = 192 MJ ; 192 ÷ 21 ≈ 9,1 L. D'où la surconsommation à l'E85.Masse de CO₂ rejetée aux 100 km avec le volume d'éthanol trouvé à la question 2, en kg :
9,1 × 0,79 ≈ 7,2 kg d'éthanol ; 7,2 × 1,9 ≈ 13,7 kg. À comparer aux 13,8 kg de l'essence (6,0 × 2,3).Les rejets de CO₂ au pot d'échappement sont presque identiques. Pourquoi l'éthanol est-il malgré tout considéré comme moins néfaste pour le climat ?
Le carbone de l'éthanol vient du CO₂ capté par les betteraves pendant leur croissance : il retourne à l'atmosphère d'où il vient. Celui de l'essence était stocké sous terre depuis des millions d'années et s'ajoute à l'atmosphère.« Presque neutre » : la culture et la distillation consomment aussi de l'énergie.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : C₂H₆O + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O. — 2 C → 2 CO₂ ; 6 H → 3 H₂O ; O : 1 + 6 = 7 = 4 + 3.
- 9,1 — Énergie : 6,0 × 32 = 192 MJ ; 192 ÷ 21 ≈ 9,1 L. D'où la surconsommation à l'E85.
- 13,7 — 9,1 × 0,79 ≈ 7,2 kg d'éthanol ; 7,2 × 1,9 ≈ 13,7 kg. À comparer aux 13,8 kg de l'essence (6,0 × 2,3).
- Réponse libre — exemple : Le carbone de l'éthanol vient du CO₂ capté par les betteraves pendant leur croissance : il retourne à l'atmosphère d'où il vient. Celui de l'essence était stocké sous terre depuis des millions d'années et s'ajoute à l'atmosphère. — « Presque neutre » : la culture et la distillation consomment aussi de l'énergie.
Difficile
Pb. 5 — Le sac plastiqueUn sac de caisse en polyéthylène pèse 6 g. Le polyéthylène est un polymère de l'éthène C₂H₄. Sa combustion complète rejette 3,1 kg de CO₂ par kg. Un supermarché distribuait 4 millions de sacs par an avant leur interdiction en 2016.
Combien de liaisons chaque carbone forme-t-il dans l'éthène CH₂=CH₂ ?
2 H + une double liaison qui compte double.Lors de la polymérisation, que devient la double liaison C=C de chaque éthène ?
Elle s'ouvre : chaque carbone utilise la liaison libérée pour s'accrocher au monomère voisin, formant une chaîne –CH₂–CH₂–CH₂–CH₂– de plusieurs milliers de carbones.Le polyéthylène ne contient plus que des liaisons simples.Masse de plastique distribuée par ce supermarché en un an, en tonnes :
4 000 000 × 6 g = 24 000 000 g = 24 t.Si la masse de plastique trouvée à la question 3 était incinérée, masse de CO₂ rejetée, en tonnes :
24 × 3,1 = 74,4 t : brûler du polyéthylène, c'est brûler du pétrole. Abandonnés dans la nature, ces sacs se fragmentent en microplastiques pendant des siècles.Voir le corrigé
- 4 — 2 H + une double liaison qui compte double.
- Réponse libre — exemple : Elle s'ouvre : chaque carbone utilise la liaison libérée pour s'accrocher au monomère voisin, formant une chaîne –CH₂–CH₂–CH₂–CH₂– de plusieurs milliers de carbones. — Le polyéthylène ne contient plus que des liaisons simples.
- 24 — 4 000 000 × 6 g = 24 000 000 g = 24 t.
- 74,4 — 24 × 3,1 = 74,4 t : brûler du polyéthylène, c'est brûler du pétrole. Abandonnés dans la nature, ces sacs se fragmentent en microplastiques pendant des siècles.
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