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Chimie organique

AQA · GCSE · Chemistry · Sujet 7

7.1

Chimie organique : familles du carbone

  • Pétrole brut — biomasse planctonique ancienne — séparé en fractions ; alcanes (CₙH₂ₙ₊₂) brûlent comme carburants ; craquage transforme de grosses molécules en petits alcanes et alcènes réactifs (CₙH₂ₙ).
  • Alcènes, alcools et acides carboxyliques (chimie uniquement) sont des familles de groupes fonctionnels aux réactions prévisibles.
  • Polymères — addition (monomères alcènes) et (HT) condensation — ainsi que ceux de la nature : protéines, amidon, cellulose, ADN.
7.1

Pétrole brut, carburants et matières premières (4.7.1)

Programme

Pétrole brut, carburants et matières premières (énoncés AQA 8462 4.7.1.1-4.7.1.4).

  1. Décrire l'origine et la composition du pétrole brut ; nommer et formuler les quatre premiers alcanes.
  2. Expliquer la distillation fractionnée et relier les propriétés des fractions à leurs utilisations.
  3. Relier la taille des molécules au point d'ébullition, à la viscosité et à l'inflammabilité.
  4. Décrire les conditions et produits du craquage, équilibrer les équations de craquage et utiliser le test à l'eau de brome.

Source : Programme Cambridge International

Le pétrole brut est une ressource finie dans les roches — les restes de biomasse ancienne, principalement du plancton enfoui dans la boue. C'est un mélange d'hydrocarbures (hydrogène + carbone seulement), principalement d'alcanes, formule générale CₙH₂ₙ₊₂ : méthane, éthane, propane, butane (connaitre les noms + formules dans toutes les représentations).

Une colonne de fractionnement : les petites molécules condensent en haut, les grandes fractions visqueuses en bas.

Distillation fractionnée : les fractions contiennent des molécules ayant un nombre de carbones similaire ; elles sont séparées par évaporation et condensation à différents niveaux de la colonne — petites molécules en haut (point d’ébullition bas), grandes en bas. Les fractions fournissent des combustibles (essence, gazole, kérosène, fioul lourd, GPL) et des matières premières pour les pétrochimies — solvants, lubrifiants, polymères, détergents.

Les propriétés suivent la taille moléculaire : plus les molécules sont grosses → point d’ébullition plus élevé, viscosité plus grande, inflammabilité plus faible — ce qui correspond à l’usage de chaque fraction.

Craquage : rupture de gros hydrocarbures en molécules plus petites et plus utiles — craquage catalytique (haute température + catalyseur) ou craquage vapeur (haute température + vapeur). Produits : une petite alcane (combustible) + un alcène (matière première pour polymères). Alcènes sont plus réactifs : ils décolorisent l’eau brome (orange → incolore) — le test de l’alcène. Équilibrer les équations de craquage à partir des formules données.

7.2

Alcènes, alcools et acides carboxyliques — chimie uniquement (4.7.2)

Programme

alcènes, alcools et acides carboxyliques, chimie uniquement (énoncés AQA 8462 4.7.2.1-4.7.2.4).

  1. Reconnaître les alcènes CnH2n comme insaturés et décrire leurs réactions d'addition.
  2. Décrire les quatre réactions et utilisations des quatre premiers alcools, avec les conditions de fermentation.
  3. Décrire les réactions des quatre premiers acides carboxyliques, y compris la formation d'esters, et (HT) l'ionisation des acides faibles.

Source : Programme Cambridge International

Alcènes CₙH₂ₙ possèdent la double liaison C=C — insaturés (deux hydrogènes de moins que l’alcane avec le même nombre de carbones). Membres : éthène, propène, butène, pentène. Réactions d’un groupe fonctionnel confèrent à une famille ses réactions :

  • combustion — mais flammes fumeuses (incomplète) ;
  • avec hydrogène → alcane (catalyseur nickel) ; avec eau → alcool (vapeur, catalyseur acide phosphorique) ; avec halogènes → dihaloalcanes (test à l’eau brome).

Alcools –OH : méthanol, éthanol, propanol, butanol. Réactions : avec sodium (effervescence, hydrogène) ; combustion dans l’air (combustion propre — combustibles) ; dissolution dans l’eau ; oxydés (air/agent oxydant) → acide carboxylique. Usages : combustibles, solvants, boissons alcoolisées. Fermentation : sucre + levure → solution d’éthanol dans des conditions chaudes et sans oxygène.

Acides carboxyliques –COOH : acide méthanoïque, éthylique, propanoïque, butanoïque. Réagissent avec les carbonates (effervescence, CO₂), se dissolvent dans l’eau (faiblement acides — HT : partiellement ionisés, donc pH plus élevé qu’un acide fort), réagissent avec les alcools → esters (acétate d’éthyle) + eau.

Vocabulaire Entrainer
English Français
hydrocarbon/ˈhaɪdrəkɑːbən/ hydrocarbure
alkane/ˈælkeɪn/ alcane
alkene/ˈælkiːn/ alcène
cracking/ˈkrækɪŋ/ craquage
fractional distillation/ˈfrækʃənl dɪstɪˈleɪʃn/ fractionnement
functional group/ˈfʌŋkʃənl ɡruːp/ groupe fonctionnel
fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ fermentation
addition polymerisation/əˈdɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ polymérisation par addition
condensation polymerisation/kɒndenˈseɪʃn ˌpɒlɪməraɪˈzeɪʃn/ polymérisation par condensation
monomer/ˈmɒnəʊmə/ monomère
7.3

Polymères (4.7.3)

Programme

Polymères (énoncés AQA 8462 4.7.3.1-4.7.3.2).

  1. Dessiner les polymères d'addition à partir de monomères alcènes et relier les unités répétitives aux monomères.
  2. (HT) Expliquer la polymérisation par condensation avec les groupes fonctionnels, avec des exemples de polyesters et de polypeptides.
  3. Nommer la structure de l'ADN et les monomères des protéines, de l'amidon et de la cellulose.

Source : Programme Cambridge International

La polymérisation par addition ouvre la double liaison C=C et lie les monomères ; la polymérisation par condensation libère de l’eau entre deux monomères bifonctionnels.

Polymérisation par addition : de nombreux monomères (alcènes, avec C=C) se lient pour former un seul polymère — poly(éthène) à partir d’éthène, poly(propène) à partir de propène. L’unité répétitive contient exactement les atomes du monomère — rien d’autre n’est formé. Dessiner : monomère → unité répétitive avec la double liaison ouverte.

(HT) Polymérisation par condensation : les monomères portent chacun deux groupes fonctionnels ; leur jonction libère une petite molécule — généralement de l’eau. Deux monomères différents portant chacun deux groupes identiques : ex. éthanediol + acide hexanedioïque → polyester. Acides aminés (H₂N…COOH) condensent → polypeptides ; différents acides aminés dans une chaîne → protéines (glycine comme exemple).

Polymères naturels : ADN — deux chaînes polymères de quatre nucléotides en hélice double ; protéines (monomères acides aminés), amidon (sucres), cellulose (sucres).

7.3

Liste de contrôle avant de considérer ce sujet comme acquis

  • Noms/formules d’alcanes C1–C4 ; ordre des fractions selon les tendances de point d’ébullition, viscosité et inflammabilité.
  • Conditions de craquage, produits et équations équilibrées ; test à l’eau brome avec changement de couleur.
  • (Chimie) Groupe fonctionnel alcène et ses trois réactions d’addition ; quatre réactions des alcools + conditions de fermentation ; trois réactions des acides carboxyliques.
  • Polymère par addition à partir du monomère et inversement ; (HT) principes de condensation avec polyester ; nucléotides de l’ADN + monomères des trois autres polymères naturels.

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