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Résultat du devoir en temps limité de chimie n°7 3 avril 2013

Posted by NiCl2 in BCPST, devoir.
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Le devoir n’a pas été réussi, avec une moyenne de 9,1/20. La moyenne est atteinte par seulement 16 élèves, et 1 a entre 9 et 10.

Chimie organique.

C’est la cause principale des mauvaises notes au devoir. C’était le troisième devoir sur la chimie organique, et il me semble que dorénavant quelques points devraient être acquis. L’époxyde de la première question comportait deux atomes de carbone asymétriques portant les mêmes substituants, et n’avaient donc que trois stéréoisomères de configuration au lieu des quatre attendus : l’un est le stéréoisomères meso achiral et de configuration RS. Je rappelle à ce sujet qu’un composé meso est un stéréoisomère particulier possédant des carbones asymétriques mais qui est achiral, ce n’est pas une molécule dont l’un des stéréoisomères est achiral comme beaucoup me l’ont écrit.

Le mécanisme de la formation de l’oxirane par action d’une base sur le 2-bromoéthanol a été plutôt mal traité et maltraité. D’une part, comment s’en sortir si on place les groupes Br et OH sur le même carbone ? D’autre part, je m’insurge qu’après 3 mois de chimie organique, on ose encore écrire des carbocations primaires. Que dois-je faire pour que ça cesse ? A moins de stabilisation particulière principalement par effet mésomère, un carbocation primaire est très instable.

La suite a été peu abordée, malgré la présence de questions tout à fait faisables.

Cinétique chimique.

Les trois premières questions, sur une réaction du premier ordre, étaient quasiment du cours.
Je constate que l’établissement de la loi cinétique est connue, mais je regrette que dans quelques copies, on ait voulu établir une loi générale avec un coefficient stoechiométrique α, qui n’a jamais été défini, et dont on se fichait éperdument. La notation a pour le coef stoechio du réactif n’est absolument pas universellement connue. Répondez à la question posée, et pas à une autre. La formule du temps de demi-réaction n’a pas non plus posé de problème particulier.

La détermination de l’ordre a en revanche été plus problématique. Les deux expériences diffèrent d’un facteur 2 (soit 100% de plus dans le bécher 2 par rapport au bécher 1) par la concentration initiale dans les deux béchers, et les temps de demi-réaction sont différents de 5s sur 550s, soit moins de 1%. Il est donc logique de considérer les temps de demi-réaction identiques dans les deux expériences. On peut alors conclure que c’est du premier ordre, et on a donc le droit d’appliquer la formule du temps de demi-réaction établie précédemment.
Tous ceux qui ont expliqué que le temps de demi-réaction n’était pas le même dans les deux béchers, donc qu’il dépend de la concentration initiale, mais qui ont quand même appliqué t1/2 = ln2 / k sont quand même gonflés, puisqu’ils appliquent une formule valable pour le premier ordre après avoir expliqué que l’ordre n’était pas 1. Il faut un peu de clairvoyance dans la lecture des sujets de devoir. Si on vous fait établir une formule de temps de demi-réaction pour le premier ordre, et qu’on vous demande après de trouver l’ordre à partir du temps de demi-réaction … je vous laisse conclure.
Notons que tous ceux qui ont calculé la constante de vitesse pour les deux expériences, et qui ont conclu qu’elle n’était pas identique n’ont pas appris correctement le cours. k ne dépend que de T, et est fatalement la même pour les deux expériences qui sont faites à la même température. Du reste, je peux dire la même chose de ceux qui ont conclu qu’elle était la même.

La détermination de l’énergie d’activation n’a pas été correctement faite par tout le monde, ce qui est navrant. Dans plusieurs copies, on m’a  prétendu que la pente d’une droite est obtenue par le rapport  Δx/Δy. D’autre part, moins d’un quart des élèves connait l’unité de l’énergie d’activation, ce qui est tout bonnement lamentable.

La seconde partie a été diversement abordée. Elle nécessitait d’avoir une vue d’ensemble de l’exercice. Tout le problème tend à montrer qu’il s’agit d’une réaction du second ordre, dont la vitesse fait intervenir la concentration de l’halogénoalcane ET du nucléophile. Cela fait penser à une SN2, dans l’étape cinétiquement limitante de laquelle les deux réactifs interviennent ; la réponse à la première question doit donc être en accord avec cette conclusion future, et il faut trouver le bon argument (ici : halogénoalcane primaire et bon nucléophile).
D’autre part, la résolution du problème nécessitait de se représenter concrètement la suite des opérations. Ainsi, l »éthoxyéthane peu polaire ne peut pas être invoqué pour discuter du mécanisme, puisqu’il est introduit à la fin de la réaction dans le mélange destiné à la stopper. De même, l’acide sulfurique n’est pas un catalyseur, mais bien destiné à stopper la réaction (en transformant l’éthanolate bon nucléophile en éthanol mauvais nucléophile). Il ne faut pas répéter comme un perroquet ce qui a été dit en TP : il n’y a pas de complexe qui se forme, ni de réaction rédox pour laquelle il y a des H+ à fournir.
Enfin, il faut bien distinguer les deux réactions : celle dont on étudie la cinétique (la SN) et la réaction de dosage qui sert à mesurer la concentration des ions chlorure (donc à mesurer l’avancement volumique de la SN).
Notons que le rôle de la température a été totalement incompris par la plupart d’entre vous. Préparer les ampoule à basse température ne sert pas à éviter une élimination (il n’y a pas de H en β), surtout qu’ensuite on porte les ampoules dans un thermostat. On prépare les ampoules à basse température pour que la réaction ne démarre pas ou peu, et on déclenche le chrono quand on porte les ampoules à une température plus élevée dans le thermostat.

Je me permets d’être surpris que la question 6 ait été si maltraitée. On a deux solutions, une de A et une de B, dont les concentrations sont connues. On prélève 9 mL de la première et 1 mL de la seconde et on les mélange. La réaction peut alors commencer. Ce qui est important c’est les concentrations de A et de B une fois le mélange fait quand la réaction démarre. Il s’agit d’un problème de dilution, qui relève du programme de seconde, qu’on ne va pas refaire en première année de prépa.

Peu d’étudiant ont établi l’équation différentielle, et seule une poignée l’a (correctement) résolue. Je n’ai eu la vérification de l’ordre et la constante de vitesse que dans 2 copies (où la réponse est d’ailleurs juste). On va dire que la cinétique était trop fraiche.

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