Identifier les mélanges réactionnels :

On modélise, par des boules colorées, les entités des réactifs dans deux mélanges réactionnels.

Les chocs efficaces entre entités qui réagissent sont modélisées par un « flash ».

Lequel des mélanges a la température la plus élevée ? Justifier.

Identifier les mélanges réactionnels :

-  Mélange dont la température est la plus élevée :

►  Température du milieu réactionnel :

-  Plus la température est élevée, plus l’agitation thermique est grande, plus l’énergie cinétique des espèces chimiques sera importante

et plus la vitesse des espèces chimiques sera grande.

-  Il découle de ceci que le nombre de chocs et de chocs efficaces entre les espèces chimiques augmente avec la température.

-  Les deux mélanges contiennent le même nombre d’entités chimiques.

-  Le mélange, dont la température est la plus élevée, est le mélange 2.

-  Le nombre de chocs et de chocs efficaces est plus grand dans le mélange réactionnel 2.

Écrire une équation de réaction :

Le mécanisme associé à la réaction entre l’acide iodhydrique et le peroxyde

d’hydrogène est le suivant :

1.  Identifier l’intermédiaire réactionnel.

2.  Établir l’équation de la réaction de la synthèse sachant que toutes les espèces sont en solution aqueuse.

Écrire une équation de réaction :

1.  Intermédiaire réactionnel :

-  Entité produite au cours d’un acte élémentaire puis totalement consommée dans un autre.

-  Étape (1) : formation de l’espèce HIO.

-  Étape (2) : disparition de HIO.

-  L’intermédiaire réactionnel est l’acide hypoiodeux HIO.

-  Il ne faut pas confondre intermédiaire réactionnel et catalyseur.

-  Un intermédiaire réactionnel est produit lors d’une des étapes du mécanisme réactionnel, puis totalement consommé dans une autre étape.

-  Alors qu’un catalyseur est consommé puis totalement régénéré.

2.  Équation de la réaction de la synthèse :

-  Additif : Intermédiaire réactionnel : HIO

-  Schéma de Lewis :

Compléter un mécanisme réactionnel :

Le 2-bromo-2-méthylpropane réagit lentement avec les ions hydroxyde suivant la réaction d’équation :

(CH₃)₃CBr (ℓ) + HO^– (aq) → (CH₃)₃COH (ℓ) + Br^– (aq)

-  Recopier et compléter le mécanisme réactionnel associé à cette réaction :

Identifier un catalyseur :

Le chlorure de tertiobutyle s’hydrolyse à température ambiante selon le mécanisme suivant :

Le peroxyde d’hydrogène peut décomposer selon le mécanisme réactionnel suivant :

1.  Dans quel mécanisme réactionnel les ions hydrogène H⁺ catalysent-ils la réaction ? Justifier.

2.  Écrire l’équation de chacune des réactions sans préciser l’état physique des espèces.

Repérer des sites donneurs et accepteurs :

On donne les schémas de Lewis suivants :

1. dentifier les liaisons polarisées de chacune des molécules.

2. Identifier le(s) site(s) donneur(s) ou accepteur(s) de doublet d’électrons.

- Données : 

- La liaison C – H est non polarisée.

- χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6 ; χ (O) = 3,4 ; χ (I) = 2,7 

Repérer des sites donneurs et accepteurs :

Iodoéthane	Méthanol

1. Liaisons polarisées de chacune des molécules.

- Molécule de iodoéthane :

- La liaison C – I est polarisée.

- Bien que les différences d’électronégativité entre le carbone (χ (C) = 2,6 ) et l’iode (χ (I) = 2,7 )  soient faibles,

- L’atome d’iode possède 3 doublets non liants et un doublet liant.

- Molécule de méthanol :

- La liaison C – O est polarisée ainsi que la liaison O – H

- L’atome d’oxygène O (χ (O) = 3,4 ) est plus électronégatif que l’atome de carbone  C (χ (C) = 2,6 )

et que l’atome d’hydrogène H (χ (H) = 2,2 ).

- L’atome d’oxygène possède deux doublets non liants et deux doublets liants.

2. Site(s) donneur(s) ou accepteur(s) de doublet d’électrons.

- Molécule de iodoéthane : 

- Le carbone C, de la liaison C – I, est un site accepteur de doublet d’électrons.

- L’iode I est un site donneur de doublet d’électrons (il possède 3 doublets non liants)

- Molécule de méthanol :

- Le carbone C, de la liaison C – O, est un site accepteur de doublet d’électrons.

- L’hydrogène H de la liaison O – H, est un site accepteur de doublet d’électrons.

- L’oxygène O, de la liaison C – O, est un site donneur de doublet d’électrons (il possède 2 doublets non liants.

Modéliser un déplacement de doublet :

Le mécanisme de la réaction entre le propan-1-ol et l’acide chlorhydrique conduisant au 1-chloropropane, est donné ci-après :

- Recopier les équations (a) et (b) des étapes de ce mécanisme puis représenter par des flèches courbes,

le mouvement des doublets d’électrons expliquant la formation et la rupture des liaisons.

Modéliser un déplacement de doublet :

- Mouvement des doublets d’électrons :

- Intermédiaire réactionnel :

- L’ion propyloxonium :

- Il présente une lacune électronique au niveau de l’atome d’oxygène.

- Représentation 3D de l’ion oxonium :

- Représentation 3D de l’ion propyloxonium : 

- Les ions oxonium sont l'ion de formule chimique H₃O⁺ et ses dérivés substitués :

- R₁R₂R₃O⁺ : (R₁, R₂ et R₃, radicaux alkyles)

- Exemple : l’ion triméthyloxonium : (CH₃)₃O⁺

La nitration du benzène :

(a) La nitration est un procédé chimique qui permet d’introduire un ou plusieurs groupement nitro – NO₂ dans une molécule.

 Elle est, entre autres, utilisée pour la synthèse de colorants alimentaires.

Le mécanisme réactionnel de la nitration du benzène C₆H₆ (ℓ) par l’acide nitrique pur s’écrit :

-  L’étape (1) est la plus lente.

(b) La nitration du benzène peut également être réalisée dans des conditions plus « douces » à l’aide

d’un mélange d’acide nitrique et d’acide sulfurique concentrés suivant le mécanisme réactionnel ci-dessous :

- L’étape (3) est la plus lente.

1. Pour chaque mécanisme réactionnel, identifier les intermédiaires réactionnels.

2. À partir du mécanisme (a), établir l’équation de la réaction de synthèse sachant que toutes les espèces sont liquides.

3. Catalyse :

a. Montrer que l’acide sulfurique peut être considéré comme un catalyseur dans le mécanisme (b).

b. Comparer les étapes (2) et (3) des deux mécanismes, puis justifier qu’une modification du mécanisme réactionnel change la cinétique de la réaction.

La nitration du benzène :

1. Identification des intermédiaires réactionnels.

- Réaction (a) :

- Comme intermédiaire réactionnel, on a :

- L’espèce H₂NO₃⁺ : dihydroxy(oxo)ammonium

- Schéma de Lewis :

- L’atome d’azote possède 4 électrons (en propre).

- Il lui manque donc 1 électron. Pour mettre ceci en évidence,

- On lui attribue une charge formelle positive, figurée par le signe  .

- L’espèce NO₂⁺ : l’ion nitronium

- Schéma de Lewis :

- Espèce C₆H₆NO₂⁺ : Intermédiaire de Wheland

- 6-nitrocyclohexa-2,4-dien-1-ylium

- Le cycle aromatique a perdu son aromaticité ( 5 électrons au lieu de 6).

- Le cycle retrouve son aromaticité lors de l’étape (3) :

- Réaction (b) :

- On retrouve les mêmes intermédiaires.

- L’espèce H₂SO₄ n’est pas un intermédiaire réactionnel.

- Il est consommé lors de la première étape et régénéré lors de la troisième étape.

► Intermédiaire réactionnel :

- Entité produite au cours d’un acte élémentaire puis totalement consommée dans un autre.

2. Équation de la réaction de synthèse (a).

- Remarque :

3. Catalyse :

a. L’acide sulfurique : catalyseur dans le mécanisme (b).

► Le catalyseur :

- Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique.

- Au cours de la transformation, il est consommé puis régénéré.

- En conséquence, sa formule n’apparaît pas dans l’équation de la réaction.

- L’espèce H₂SO₄ n’est pas un intermédiaire réactionnel.

- Il est consommé lors de la première étape et régénéré lors de la troisième étape.

- C’est catalyseur lors du mécanisme (b).

b. Changement de la cinétique de la réaction.

- Les étapes (2) et (3) des deux mécanismes sont les mêmes.

- Ce qui change, c’est la première étape qui est la plus lente pour le mécanisme (a).

- Alors que l’étape la plus lente est l’étape (3) pour le mécanisme (b).

- Le catalyseur remplace une étape lente par une étape plus rapide.

Un biocarburant :

Le diméthyléther est qualifié de biocarburant.

Au laboratoire, il peut être synthétisé par chauffage du méthanol en présence

d’acide sulfurique. Le mécanisme de la réaction est donné ci-dessous :

1. Mécanisme réactionnel :

a.  Recopier les équations (a) et (b) puis modéliser par des flèches courbes le mouvement des doublets d’électrons.

b. Rédiger un court texte expliquant comment les liaisons sont formés ou rompues.

2. Écrire les formules des produits formés en (c).

3. Justifier que les ions hydrogène catalysent la réaction.

4. Écrire l’équation de la réaction sans préciser l’état physique des espèces.

5. Justifier le rôle d’une élévation de la température sur la cinétique de la réaction.

- Données :

- Électronégativités :

- Liaison C – H non polarisée. ;

- χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6 ; χ (O) = 3,4.