Identifier des espèces chimiques - Corrigé de l'exercice de synthèse

Partie 1 - Identifier une solution d'eau oxygénée

L'eau oxygénée est une solution de peroxyde d'hydrogène. Elle est principalement utilisée comme agent désinfectant et antiseptique pour nettoyer les plaies et pour prévenir les infections. Elle sert également d'agent de blanchiment pour les textiles. Les solutions d'eau oxygénée le plus couramment utilisées ont une composition massique comprise entre 3 % et 70 %.

On dispose d'un flacon d'eau oxygénée contenant 300 mL de solution. On souhaite déterminer la proportion massique de peroxyde d'hydrogène dans cette solution. Pour cela, on prélève 50 mL d'eau oxygénée, dont on mesure la masse à l'aide d'une balance préalablement tarée : on lit 59,5 g.

Données :

• masse volumique d'une eau oxygénée à 10 % :  ;
  
• masse volumique d'une eau oxygénée à 50 % :   ;
  
• masse volumique d'une eau oxygénée à 70 % :  .
  

1. Identifier le type de solution d'eau oxygénée présente dans le flacon. Justifier le raisonnement effectué.

2. Calculer la masse de peroxyde d'hydrogène présente initialement dans le flacon de 300 mL.

Corrigé :

1.  Pour un volume , on lit sur la balance une masse  : la masse volumique de la solution d'eau oxygénée vaut donc .

Comme , on a donc   ce qui correspond à la masse volumique d'une eau oxygénée à 50 %.

2.  La proportion de peroxyde d'hydrogène dans le flacon peut s'exprimer sous la forme : , avec .

De plus, la masse d'un échantillon de 50 mL de solution est de 59,5 g, donc la masse de 300 mL de solution sera de .  

Ainsi, la masse de peroxyde d'hydrogène présente initialement dans le flacon vaut .

Partie 2 - Identifier deux poudres blanches

L'acide fumarique et l'acide maléique sont deux composées chimiques de même formule chimique mais dont les structures moléculaires diffèrent, ce qui leur confère des propriétés propres. Ils se présentent tous les deux sous forme de poudre blanche à température ambiante.

On dispose de deux échantillons que l'on souhaite identifier : l'un d'acide fumarique, et l'autre d'acide maléique.

Données :

• masse volumique de l'acide fumarique :  ;
  
• masse volumique de l'acide maléique :  ;
  
• température de fusion de l'acide fumarique :  ;
  
• température de fusion de l'acide maléique : .
  

1. Préciser pourquoi il est nécessaire de réaliser une expérience pour distinguer les deux échantillons.

2. Expliquer pourquoi la mesure de la masse volumique des deux échantillons ne permettra pas de les identifier.

3. Proposer une expérience pour identifier chaque échantillon.

Corrigé :

1. Les deux échantillons sont deux poudres blanches que rien ne distingue à l'œil nu, il faut donc réaliser une expérience pour les identifier.

2. L'acide fumarique et l'acide maléique ont des masses volumiques trop proches pour les distinguer de façon certaine à l'aide de cette mesure.

3. Afin d'identifier les échantillons, on peut mesurer leur température de fusion à l'aide d'un banc Köfler.

Partie 3 - Identifier une huile essentielle

Les huiles essentielles de citron et d'orange font partie des essences fréquemment utilisées en aromathérapie. Bien que les deux huiles partagent des constituants communs, leurs proportions y varient considérablement, ce qui confère à chaque huile ses propriétés et ses arômes distincts.

On dispose d'un flacon d'huile essentielle dont on ignore s'il s'agit d'une huile essentielle de citron ou d'une huile essentielle d'orange. Afin de l'identifier, on décide de réaliser une chromatographie sur couche mince. Après élution, on obtient la plaque suivante :

Données :

• l'huile essentielle de citron contient notamment du limonène, du citral et du linalol ;
• l'huile essentielle d'orange contient notamment du limonène, du myrcène et du linalol.

1. Identifier certaines espèces chimiques présentes dans l'huile essentielle testée.

2. Préciser si cette expérience a permis d'identifier tous les composants de l'huile essentielle.

3. Identifier l'huile essentielle présente dans le flacon. 

Corrigé :

1. Le dépôt d'huile essentielle a formé une tache à la même hauteur que l'extrait de limonène : elle contient donc du limonène. De même, le dépôt d'huile essentielle a formé une tache à la même hauteur que l'extrait de citral : elle contient donc du citral.
En revanche, le dépôt d'huile essentielle n'a pas formé de tache à la même hauteur que l'extrait de myrcène : elle ne contient donc par de myrcène.

2. Il reste trois taches formées par le dépôt de l'huile essentielle que l'on n'a pas pu identifier par comparaison avec un autre échantillon.

3. L'huile essentielle présente dans le flacon contient notamment du limonène et du citral mais pas de myrcène : d'après les informations fournies, il s'agit d'une huile essentielle de citron.