Synthèse d’Alcool Isopropylique
Comprendre la Synthèse Organique : l'Alcool Isopropylique
La synthèse organique est une branche cruciale de la chimie qui se concentre sur la construction de molécules organiques. L'alcool isopropylique (propan-2-ol) est un alcool secondaire simple, largement utilisé comme solvant et désinfectant. Une méthode courante pour sa synthèse industrielle est l'hydratation du propène, une réaction d'addition catalysée par un acide. Cet exercice explore les aspects stœchiométriques de cette synthèse, y compris le calcul du rendement.
Données de l'étude
- Masse de propène (\(m_{\text{propène}}\)) engagée : \(20.0 \, \text{g}\)
- L'eau est utilisée en large excès.
- Après réaction et purification, on obtient \(25.5 \, \text{g}\) d'alcool isopropylique.
- Masses molaires atomiques (en \(\text{g/mol}\)) :
- C : \(12.01\)
- H : \(1.008\)
- O : \(16.00\)
Schéma de la Synthèse
Schéma illustrant la synthèse de l'alcool isopropylique par hydratation du propène.
Questions à traiter
- L'équation fournie est-elle équilibrée ? Justifier.
- Calculer la masse molaire du propène (\(C_3H_6\)).
- Calculer la masse molaire de l'alcool isopropylique (\(C_3H_8O\)).
- Déterminer le nombre de moles de propène (\(n_{\text{propène}}\)) initialement présentes.
- En utilisant la stœchiométrie de la réaction, déterminer le nombre de moles d'alcool isopropylique (\(n_{\text{alcool théorique}}\)) qui seraient produites si la réaction était totale (rendement de 100%).
- Calculer la masse théorique d'alcool isopropylique (\(m_{\text{alcool théorique}}\)) correspondante.
- Calculer le rendement de la synthèse (\(\eta\)) en pourcentage, sachant que \(25.5 \, \text{g}\) d'alcool isopropylique ont été réellement obtenus.
Correction : Synthèse d’Alcool Isopropylique
Question 1 : Vérification de l'Équilibrage de l'Équation
Principe :
Une équation chimique est équilibrée si le nombre d'atomes de chaque élément est identique du côté des réactifs et du côté des produits.
Équation : \(CH_3CH=CH_2(\text{g}) + H_2O(\text{l}) \Rightarrow CH_3CH(OH)CH_3(\text{l})\)
Formules brutes : \(C_3H_6 + H_2O \Rightarrow C_3H_8O\)
Vérification :
Question 2 : Masse Molaire du Propène (\(C_3H_6\))
Principe :
La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans sa formule chimique.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(M_{\text{C}} = 12.01 \, \text{g/mol}\)
- \(M_{\text{H}} = 1.008 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
Question 3 : Masse Molaire de l'Alcool Isopropylique (\(C_3H_8O\))
Principe :
Similaire au calcul précédent, on somme les masses molaires atomiques.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(M_{\text{C}} = 12.01 \, \text{g/mol}\)
- \(M_{\text{H}} = 1.008 \, \text{g/mol}\)
- \(M_{\text{O}} = 16.00 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
Question 4 : Nombre de Moles de Propène (\(n_{\text{propène}}\))
Principe :
Le nombre de moles (\(n\)) est le rapport de la masse (\(m\)) sur la masse molaire (\(M\)).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(m_{\text{propène}} = 20.0 \, \text{g}\)
- \(M_{\text{C}_3\text{H}_6} = 42.078 \, \text{g/mol}\) (de la Q2)
Calcul :
Question 5 : Nombre de Moles Théorique d'Alcool Isopropylique (\(n_{\text{alcool théorique}}\))
Principe :
L'équation équilibrée \(C_3H_6 + H_2O \Rightarrow C_3H_8O\) montre qu'1 mole de propène réagit pour former 1 mole d'alcool isopropylique (rapport stœchiométrique 1:1).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(n_{\text{propène}} \approx 0.47531 \, \text{mol}\) (de la Q4)
Calcul :
Question 6 : Masse Théorique d'Alcool Isopropylique (\(m_{\text{alcool théorique}}\))
Principe :
La masse théorique est la masse de produit que l'on obtiendrait si la réaction était complète (rendement de 100%). Elle se calcule en multipliant le nombre de moles théorique par la masse molaire du produit.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(n_{\text{alcool théorique}} \approx 0.47531 \, \text{mol}\) (de la Q5)
- \(M_{\text{C}_3\text{H}_8\text{O}} = 60.094 \, \text{g/mol}\) (de la Q3)
Calcul :
En respectant les chiffres significatifs (3, basés sur \(20.0 \, \text{g}\)), on arrondit à \(28.6 \, \text{g}\).
Question 7 : Rendement de la Synthèse (\(\eta\))
Principe :
Le rendement (\(\eta\)) d'une réaction est le rapport entre la masse de produit réellement obtenue (\(m_{\text{réelle}}\)) et la masse de produit théoriquement attendue (\(m_{\text{théorique}}\)), exprimé en pourcentage.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(m_{\text{alcool réelle}} = 25.5 \, \text{g}\) (donnée de l'énoncé)
- \(m_{\text{alcool théorique}} \approx 28.562 \, \text{g}\) (de la Q6, en gardant plus de décimales pour le calcul intermédiaire)
Calcul :
En respectant les chiffres significatifs (3), on arrondit à \(89.3\%\).
Quiz Intermédiaire 1 : Un rendement de 100% signifie que :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. L'hydratation d'un alcène en présence d'un catalyseur acide est une réaction de type :
2. Lequel de ces facteurs N'influence PAS directement le rendement théorique d'une réaction ?
3. L'alcool isopropylique est un alcool :
Glossaire
- Alcool Isopropylique (Propan-2-ol)
- Alcool secondaire de formule \(CH_3CH(OH)CH_3\), utilisé comme solvant et désinfectant.
- Propène (\(C_3H_6\))
- Alcène à trois atomes de carbone, de formule \(CH_3CH=CH_2\).
- Hydratation
- Réaction chimique d'addition d'une molécule d'eau (\(H_2O\)) à un composé, typiquement sur une double liaison carbone-carbone d'un alcène pour former un alcool.
- Catalyseur
- Substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans être consommée au cours de la réaction. L'acide sulfurique (\(H_2SO_4\)) est souvent utilisé comme catalyseur acide.
- Stœchiométrie
- Étude des relations quantitatives (rapports de moles, masses) entre les réactifs et les produits dans les réactions chimiques.
- Masse Molaire (M)
- Masse d'une mole d'une substance, exprimée en \(\text{g/mol}\).
- Mole (mol)
- Unité de quantité de matière, équivalant au nombre d'Avogadro (\(N_A \approx 6.022 \times 10^{23}\)) d'entités élémentaires.
- Rendement Théorique
- Quantité maximale de produit qui peut être formée à partir d'une quantité donnée de réactif limitant, en supposant une réaction complète (100% de conversion).
- Rendement Réel (ou Expérimental)
- Quantité de produit effectivement obtenue lors d'une expérience chimique.
- Rendement en Pourcentage (\(\eta\))
- Rapport du rendement réel au rendement théorique, multiplié par 100%. \(\eta = (\text{masse réelle} / \text{masse théorique}) \times 100\%\).
- Réactif Limitant
- Réactif qui est complètement consommé en premier dans une réaction chimique et qui détermine donc la quantité maximale de produit pouvant être formée.
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