Introduction à la chimie organique

Écrire des formules

Réponds à chaque question en détaillant ta démarche.

1. 1.Quel est le nombre d’hydrogènes d’une molécule d’hexane ? Donne ensuite sa formule brute.

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   14 hydrogènes ; ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{14}$.

   Hex- signifie six carbones ; $2\times 6+2=14$. La formule brute aligne les deux symboles et leurs deux indices.

2. 2.Un alcane possède 16 H. De combien de C sa chaîne est-elle faite, et quel est son nom ?

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   7 carbones : c’est l’heptane.

   On inverse la formule générale : $16-2=14$, puis $14÷2=7$ ; le préfixe hept- correspond à sept.

3. 3.Représente la formule développée de l’alcane à trois carbones, puis vérifie-la en comptant les liaisons de chaque carbone.

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   Trois C alignés, reliés par deux liaisons simples ; trois H sur chacun des C d’extrémité, deux H sur le C central. Chaque C porte quatre traits, et l’on compte 8 H.

   Chaque carbone doit totaliser quatre liaisons ; le recomptage retombe sur la formule brute du propane, trois carbones et huit hydrogènes.

4. 4.Deux molécules différentes peuvent-elles avoir la même formule brute ? Appuie-toi sur l’exemple d’un alcane à cinq carbones.

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   Oui : cinq carbones alignés, ou quatre alignés et le cinquième fixé en ramification. Les deux s’écrivent ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{12}$.

   La formule brute compte sans montrer l’enchaînement ; seule la formule développée distingue deux molécules de même formule brute, ce qui arrive dès quatre carbones.

Équilibrer une équation

Recopie et complète les coefficients de chaque équation de combustion complète, puis réponds aux questions.

1. 1.Pentane : ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{12}+\dots {\mathrm{O}}_2⟶\dots \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+\dots {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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   ${\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{12}+8{\mathrm{O}}_2⟶5\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   Cinq carbones donnent 5 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, douze hydrogènes 6 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ ; à droite, $5\times 2+6=16$ oxygènes, soit 8 molécules de dioxygène.

2. 2.Hexane : $\dots {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{14}+\dots {\mathrm{O}}_2⟶\dots \mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+\dots {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

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   $2{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{14}+19{\mathrm{O}}_2⟶12\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+14{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   Pour une molécule d’hexane : 6 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ et 7 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, soit $6\times 2+7=19$ oxygènes, nombre impair. On double : $12\times 2+14=38$ oxygènes, soit 19 ${\mathrm{O}}_2$.

3. 3.Dresse le tableau des atomes de l’équation b, élément par élément.

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   Carbone : 12 et 12 ; hydrogène : 28 et 28 ; oxygène : 38 et 38.

   À gauche, $2\times 6=12$ carbones et $2\times 14=28$ hydrogènes ; à droite, $14\times 2=28$ hydrogènes. Chaque ligne se lit deux fois le même nombre.

4. 4.Compare les produits des équations a et b. Qu’en conclus-tu ?

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   Ce sont les mêmes, dioxyde de carbone et eau : seuls les coefficients changent d’un alcane à l’autre.

   La combustion complète de n’importe quel alcane donne ces deux produits ; le nombre de carbones et d’hydrogènes ne fait varier que les nombres.

Analyser un document

Lis le document 1, puis réponds aux questions en t’appuyant sur les lignes indiquées.

1. 1.Lignes 1, 2 et 5 : écris le bilan de la réaction en mots, puis son équation équilibrée.

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   méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau ; $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4+2{\mathrm{O}}_2⟶\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

   Le méthane réagit avec le dioxygène de l’air enfermé ; on équilibre le carbone, puis l’hydrogène avec 2 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, enfin l’oxygène avec 2 ${\mathrm{O}}_2$.

2. 2.Lignes 4 et 5 : calcule la masse de dioxygène consommée. Détaille ton calcul.

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   64 g de dioxygène.

   Les produits pèsent $44+36=80$ g ; la masse des réactifs étant la même, on retranche le méthane : $80-16=64$ g.

3. 3.Ligne 3 : explique ce résultat. Qu’aurait-on observé avec un ballon ouvert ?

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   Les atomes se sont réorganisés sans qu’aucun ne disparaisse, et rien n’est sorti du ballon : la masse se conserve. Ouvert, le ballon aurait laissé partir des gaz, et la balance aurait semblé indiquer une perte.

   La conservation de la masse ne se vérifie qu’en récipient fermé : à l’air libre, les produits gazeux s’échappent.

4. 4.Ligne 6 : par quel test confirmer que ces gouttelettes sont de l’eau ? Indique le résultat attendu.

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   Le sulfate de cuivre anhydre : blanc au départ, il bleuit.

   C’est le test de l’eau ; le nom du réactif ne suffit pas, il faut annoncer le changement de couleur.

5. 5.Ligne 7 : que prouve cette observation ? Les deux observations des lignes 6 et 7 confirment-elles l’équation de la question a ?

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   Elle prouve la présence de dioxyde de carbone. Avec l’eau de la ligne 6, on retrouve les deux produits annoncés par l’équation.

   L’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone ; les deux produits d’une combustion complète sont alors identifiés.

Écrire pour expliquer

En t’appuyant sur le document 2 et sur le cours, rédige un paragraphe de huit à dix lignes qui répond à la question : « Julien a-t-il raison de ne pas s’inquiéter ? »

1. 1.Je relève les deux observations du document qui signalent un problème.

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   La flamme devenue jaune (ligne 3) et la trace noire sur le mur (ligne 4).

   Une flamme jaune est le signal d’une combustion incomplète ; la trace noire en est la preuve visible.

2. 2.J’explique la cause : ce que change la grille bouchée.

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   L’air de la pièce ne se renouvelle plus : le dioxygène manque, la combustion devient incomplète.

   Sans ventilation, le chauffe-eau consomme le dioxygène de la pièce sans qu’il soit remplacé.

3. 3.Je nomme ce que produit cette combustion.

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   Du monoxyde de carbone, et des particules de carbone qui forment la trace noire.

   Ce sont les deux produits de la combustion incomplète cités par le cours ; la trace noire n’est pas une simple saleté.

4. 4.Je montre que l’argument de la dernière ligne ne vaut rien.

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   Le monoxyde de carbone ne se voit pas et ne se sent pas : ne rien sentir ne prouve rien. Il prend la place du dioxygène sur l’hémoglobine et peut tuer.

   C’est précisément ce qui rend ce gaz si dangereux : aucun sens n’avertit la victime.

5. 5.Je conclus nettement par un conseil, dans un paragraphe relié par des connecteurs.

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   Julien a tort : il doit retirer le carton aussitôt et ne plus jamais obstruer la grille.

   Un paragraphe argumenté se termine par une réponse claire à la question ; les connecteurs rendent le raisonnement visible.