Ressources · 4ᵉ · Chimie
Synthèse d'espèces chimiques
Espèces naturelles et synthétiques, intérêt des synthèses
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 4ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
À propos de cette page
Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Synthèse d'espèces chimiques
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Chimie 4ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Deux flacons de vanilline
(4 pts)- a)Un fabricant de glaces reçoit les étiquettes de deux flacons.
Pour chaque flacon, indique si la vanilline est naturelle, synthétique ou artificielle.Flacon Origine Pureté Prix A vanilline extraite de gousses de vanille 98 % 1 200 €/kg B vanilline fabriquée à partir de lignine (bois) 99,5 % 15 €/kg - b)Les molécules de vanilline contenues dans A et dans B sont-elles identiques ? Justifie.
- c)Calcule la masse de vanilline pure contenue dans 250 g du flacon A, puis le nombre de fois où le kilogramme de B est moins cher que celui de A.
- d)Le fabricant affirme que le flacon A est « plus sûr pour la santé, puisqu'il est naturel ». Que lui répondre, en t'appuyant sur le tableau ?
Exercice 2 – Protocole : l'arôme d'ananas
(4 pts)- a)Voici, dans le désordre, les étapes de la synthèse du butanoate d'éthyle : (A) verser le mélange refroidi dans un bécher d'eau salée froide, puis transvaser dans une ampoule à décanter ; (B) introduire dans un ballon 10 mL d'éthanol, 10 mL d'acide butanoïque, quelques gouttes d'acide sulfurique concentré et un grain de pierre ponce ; (C) récupérer la phase supérieure ; (D) chauffer à reflux pendant 20 minutes. Remets les étapes dans l'ordre et indique celle qui correspond à la transformation chimique.
- b)L'éthanol a pour formule C2H6O, l'acide butanoïque C4H8O2, le butanoate d'éthyle C6H12O2 ; le second produit est l'eau. Écris l'équation de la réaction et vérifie la conservation des atomes.
- c)À l'étape B, quel est le rôle de l'acide sulfurique ? Quel danger présente-t-il et quelle protection impose-t-il ?
- d)À l'étape C, l'ester est récupéré dans la phase du haut. Que peut-on en déduire sur sa densité et sur sa miscibilité avec l'eau ? Pourquoi a-t-on laissé refroidir le ballon avant l'étape A ?
Exercice 3 – Aspirine : masse maximale et rendement
(4 pts)- a)Un élève fait réagir 4,14 g d'acide salicylique avec un excès d'anhydride acétique. Donnée : 138 g d'acide salicylique donnent au maximum 180 g d'aspirine et 60 g d'acide acétique. Calcule la masse maximale d'aspirine.
- b)Après filtration, lavage et séchage, il pèse 3,89 g d'aspirine. Calcule le rendement (arrondi à l'unité).
- c)Calcule la masse d'acide acétique formée si la réaction est complète, puis déduis-en, par conservation de la masse, la masse d'anhydride acétique consommée.
- d)Une camarade annonce 5,72 g d'aspirine, soit un rendement de 106 %. Explique ce résultat et indique ce qu'elle aurait dû faire avant de peser.
Exercice 4 – Le produit est-il pur ?
(4 pts)- a)Voici des températures de fusion de référence.
Le solide obtenu par un élève commence à fondre à 126 °C et est entièrement fondu à 133 °C. Est-il pur ? Justifie par deux arguments.Espèce Température de fusion aspirine 135 °C acide salicylique 159 °C paracétamol 169 °C - b)Sur une plaque de chromatographie, on dépose : (1) le produit de l'élève, (2) de l'aspirine pure, (3) de l'acide salicylique pur. Après élution, le dépôt 1 donne deux taches, l'une à la hauteur de la tache 2, l'autre à la hauteur de la tache 3. Que contient le produit ?
- c)Explique pourquoi la présence de cette impureté est cohérente avec un rendement inférieur à 100 %.
- d)Quelle opération permettrait d'améliorer la pureté du produit ? Et si le solide fondait net à 169 °C, que faudrait-il conclure ?
Exercice 5 – Corriger des affirmations
(4 pts)- a)« Le menthol de synthèse est moins efficace que le menthol naturel : ce n'est pas la même molécule. » Corrige.
- b)« À la fin, le catalyseur a disparu, il a donc été consommé par la réaction. » Corrige.
- c)« Pour aller plus vite, je bouche le ballon avec un bouchon et je chauffe sans réfrigérant. » Explique les deux erreurs.
- d)« Le solvant qui reste, je le verse à l'évier : c'est un déchet, ça ne fait pas partie de la synthèse. » Corrige.
Bon courage !
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Synthèse d'espèces chimiques
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Chimie 4ᵉ
Exercice 1 – Deux flacons de vanilline
(4 pts)- a)A : naturelle (extraite de la gousse). B : synthétique, et non artificielle, car la vanilline existe dans la nature. (1)
- b)Oui : même formule chimique → mêmes molécules, mêmes propriétés (odeur, goût), quelle que soit l'origine. (1)
- c)250 × 0,98 = 245 g de vanilline pure. 1 200 ÷ 15 = 80 : le kilogramme de B est 80 fois moins cher. (1)
- d)La molécule est la même dans les deux flacons, donc les effets sur la santé sont les mêmes ; B est même plus pur (99,5 % contre 98 %). « Naturel » ne signifie pas « sans danger ». (1)
Repère — synthétique = fabriquée mais existant aussi dans la nature ; artificielle = fabriquée et sans équivalent naturel ; dans les deux cas, la molécule fabriquée est identique à elle-même, d'où qu'elle vienne.
Exercice 2 – Protocole : l'arôme d'ananas
(4 pts)- a)Ordre : B, D, A, C. La transformation chimique a lieu à l'étape D (chauffage à reflux) ; A et C sont des étapes de séparation. (1)
- b)C2H6O + C4H8O2 → C6H12O2 + H2O. Gauche : 6 C, 14 H, 3 O ; droite : 6 C, 12 + 2 = 14 H, 2 + 1 = 3 O. (1)
- c)Catalyseur : il accélère la réaction sans être consommé. Il est corrosif : lunettes, gants et blouse obligatoires. (1)
- d)L'ester est moins dense que l'eau salée et non miscible avec elle (deux phases). On refroidit pour éviter projections et vapeurs d'un liquide chaud et le choc thermique du verre. (1)
Le point clé — une synthèse au laboratoire enchaîne toujours réaction (reflux), séparation (décantation ou filtration) puis identification ; chaque étape du protocole a un rôle que tu dois savoir nommer.
Exercice 3 – Aspirine : masse maximale et rendement
(4 pts)- a)4,14 × 180 ÷ 138 = 5,40 g d'aspirine au maximum. (1)
- b)3,89 ÷ 5,40 × 100 ≈ 72 %. (1)
- c)Acide acétique : 4,14 × 60 ÷ 138 = 1,80 g. Anhydride consommé : 5,40 + 1,80 − 4,14 = 3,06 g. (1)
- d)Un rendement ne peut pas dépasser 100 % : son produit est humide ou contient des impuretés (réactif restant). Il fallait laver puis sécher complètement le solide avant de le peser. (1)
Attention — le rendement se calcule toujours sur le produit sec et purifié ; une valeur supérieure à 100 % ne prouve pas une bonne synthèse, mais une pesée qui contient autre chose que le produit.
Exercice 4 – Le produit est-il pur ?
(4 pts)- a)Non : il fond sur une plage (126 à 133 °C) et non net ; et la fusion commence sous les 135 °C de l'aspirine pure. (1)
- b)Un mélange d'aspirine (tache à la hauteur du dépôt 2) et d'acide salicylique (tache à la hauteur du dépôt 3), réactif qui n'a pas réagi. (1)
- c)Une partie de l'acide salicylique n'a pas été transformée : moins d'aspirine a été formée que le maximum calculé. (1)
- d)Un nouveau lavage ou une recristallisation. À 169 °C, ce ne serait pas de l'aspirine mais probablement du paracétamol : erreur de produit, pas d'impureté. (1)
Astuce — un solide pur fond net à sa température de référence ; une fusion abaissée et étalée, ou plusieurs taches en chromatographie, trahissent un mélange.
Exercice 5 – Corriger des affirmations
(4 pts)- a)Même formule → même molécule → mêmes propriétés et même efficacité ; seule l'origine diffère. (1)
- b)Un catalyseur n'est pas consommé : il est retrouvé intact à la fin, mélangé aux produits ; il accélère seulement la réaction. (1)
- c)Bouché, le ballon monte en pression et peut éclater ; sans réfrigérant, les vapeurs (réactifs volatils, inflammables) s'échappent : perte de rendement et danger. (1)
- d)Un solvant pollue l'eau : il va au bidon de récupération pour être traité ou recyclé. La gestion des déchets fait partie du protocole (chimie verte). (1)
Erreur fréquente — confondre l'origine d'une molécule avec son identité, et oublier que la sécurité et la gestion des déchets font partie intégrante d'une synthèse.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de chimie 4ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Synthèse d'espèces chimiques » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Deux flacons de vanilline/ 4 pts
- Exercice 2 — Protocole : l'arôme d'ananas/ 4 pts
- Exercice 3 — Aspirine : masse maximale et rendement/ 4 pts
- Exercice 4 — Le produit est-il pur ?/ 4 pts
- Exercice 5 — Corriger des affirmations/ 4 pts
Notions évaluées
Espèce naturelle, synthétique ou artificielle, Une synthèse est une transformation chimique, Pourquoi synthétiser des espèces chimiques ?, Les étapes d'une synthèse au laboratoire, en sécurité, Identifier le produit obtenu, Masse maximale, rendement et chimie verte.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
Voir tous les contrôles de chimie 4ᵉ · tous les devoirs surveillés corrigés
Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Synthèse d'espèces chimiques » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de chimie de quatrième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Synthèse d'espèces chimiques » du programme officiel de chimie en quatrième, soit Espèce naturelle, synthétique ou artificielle, Une synthèse est une transformation chimique, Pourquoi synthétiser des espèces chimiques ?, Les étapes d'une synthèse au laboratoire, en sécurité.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs