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Bac Tunisie
Chimie/AL-F
AL-FAlcools — classes, nomenclature et oxydation ménagée

Sciences de l’informatique — alcools isomères : formule brute, oxydation ménagée, tests, puis dosage de l’acide obtenu

Idée directrice

Dans la section Sciences de l’informatique, l’exercice unique de chimie (5 points) a porté sur les alcools dans six sessions depuis 2018 : formule brute par la masse molaire, isomères nommés et classés, oxydation ménagée identifiée par les tests. Il peut se terminer par un dosage acido-basique de l’acide carboxylique obtenu (contrôle 2023, principale 2026) : l’équivalence donne la concentration de l’acide, donc sa quantité et sa masse. Le pont entre les deux parties est la stœchiométrie mole à mole : une mole d’alcool primaire oxydé en acide donne une mole d’acide, dosée par une mole d’ions OH−\mathrm{OH^-}.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Montrer que la formule brute de l’alcool A est … » ; « Montrer que le test avec la D.N.P.H est insuffisant » ; « Définir l’équivalence acido-basique » ; « Déterminer la concentration molaire C1C_1 de la solution »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode
  • Formule brute : M=14n+18M=14n+18 (alcool), 14n+1614n+16 (aldéhyde ou cétone), 14n+3214n+32 (acide) ; le composé carbonylé a deux atomes d’hydrogène de moins que l’alcool.
  • Chaîne linéaire : le groupe OH n’a que les positions 1, 2, … jusqu’au milieu de la chaîne ; même chaîne et OH déplacé = isomères de position.
  • La 2,4-DNPH seule est insuffisante (aldéhyde ou cétone) ; le réactif de Schiff tranche.
  • Dosage : à l’équivalence CacideVacide=CBVBEC_{\text{acide}}V_{\text{acide}}=C_BV_{BE} ; puis n=CVn=CV pour toute la solution, m=nMm=nM.
  • Seul l’acide carboxylique est dosé par la soude : ni l’alcool ni l’aldéhyde ne réagissent.
Les pièges à vérifier dans ta démarche

Calculer la quantité d’acide avec le volume du prélèvement V1V_1 au lieu du volume total VV de la solution ; utiliser la masse molaire de l’alcool pour la masse d’acide ; conclure à une cétone sur la seule 2,4-DNPH ; oublier que l’aldéhyde formé en défaut d’oxydant n’est pas dosé ; écrire l’équivalence comme « pH = 7 » pour un acide faible.

Sujet principal

Exercice — alcools et dosage (5 points), dans l’esprit des sessions 2018–2026 de la section Sciences de l’informatique

5 questionsCorrigé masqué

On dispose de trois monoalcools aliphatiques saturés isomères, à chaîne carbonée linéaire, de masse molaire moléculaire M=88 g⋅mol−1M=88\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}. On donne les masses molaires atomiques : M(C)=12 g⋅mol−1M(\mathrm{C})=12\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(H)=1 g⋅mol−1M(\mathrm{H})=1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(O)=16 g⋅mol−1M(\mathrm{O})=16\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.

  1. Formule brute et isomères.
    1. Montrer que la formule brute commune aux trois alcools est C5H12O\mathrm{C_5H_{12}O}.
    2. Écrire les formules semi-développées des trois alcools, les nommer et préciser la classe de chacun.
    3. Ces alcools sont-ils des isomères de chaîne ou des isomères de position ? Justifier.
  2. L’oxydation ménagée de l’un de ces alcools, noté (A1)(A_1), par une solution acidifiée de permanganate de potassium donne un composé (B)(B) qui rosit le réactif de Schiff lorsque l’oxydant est en défaut, et un composé (C)(C) qui rougit un papier indicateur de pH humide lorsque l’oxydant est en excès.
    1. Préciser la fonction chimique de (B)(B) et celle de (C)(C). En déduire la classe de (A1)(A_1) et l’identifier.
    2. Écrire les formules semi-développées de (B)(B) et de (C)(C) et les nommer.
  3. L’oxydation ménagée de chacun des deux autres alcools donne un composé qui forme un précipité jaune avec la 2,4-DNPH.
    1. Montrer que ce test est insuffisant pour identifier avec certitude la fonction chimique de ces deux composés.
    2. Sachant que ces deux composés ne réagissent pas avec le réactif de Schiff, préciser leur fonction chimique et écrire leurs formules semi-développées.
  4. On réalise l’oxydation ménagée d’une masse m0=0,88 gm_0=0{,}88\ \mathrm{g} de (A1)(A_1), l’oxydant étant en excès, puis on isole la totalité du composé (C)(C) formé et on la dissout dans l’eau distillée : on obtient V=100 mLV=100\ \mathrm{mL} d’une solution (S)(S). On dose V1=10,0 mLV_1=10{,}0\ \mathrm{mL} de (S)(S), additionnés de quelques gouttes d’un indicateur coloré approprié, par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration C2=5,0⋅10−2 mol⋅L−1C_2=5{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. L’équivalence est obtenue pour un volume V2E=16,0 mLV_{2E}=16{,}0\ \mathrm{mL}.
    1. Définir l’équivalence acido-basique.
    2. Écrire l’équation de la réaction de dosage.
    3. Déterminer la concentration C1C_1 de la solution (S)(S), puis la masse de (C)(C) formée.
    4. Calculer la quantité de matière de (A1)(A_1) oxydée au départ et en déduire le pourcentage de l’alcool transformé en (C)(C).
  5. Le composé (C)(C) réagit avec le méthanol CH3−OH\mathrm{CH_3{-}OH} en présence d’acide sulfurique concentré ; il se forme un composé (E)(E) et de l’eau. Nommer cette réaction, écrire son équation avec les formules semi-développées et nommer (E)(E).
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : CnH2n+2O\mathrm{C_nH_{2n+2}O} donne M=14n+18M=14n+18. 14n+18=8814n+18=88, donc 14n=7014n=70 et n=5n=5 : C5H12O\boxed{\mathrm{C_5H_{12}O}}.

1.b Idée : sur une chaîne linéaire de cinq carbones, le groupe OH ne peut occuper que trois positions différentes (1, 2 ou 3 ; les positions 4 et 5 redonnent 2 et 1).

  • CH3−CH2−CH2−CH2−CH2−OH\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}OH} : pentan-1-ol, alcool primaire ;
  • CH3−CH(OH)−CH2−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CH(OH){-}CH_2{-}CH_2{-}CH_3} : pentan-2-ol, alcool secondaire ;
  • CH3−CH2−CH(OH)−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH(OH){-}CH_2{-}CH_3} : pentan-3-ol, alcool secondaire.

1.c Les trois alcools ont la même chaîne carbonée linéaire et ne diffèrent que par la place du groupe OH : ce sont des isomères de position.

2.a (B)(B) rosit le réactif de Schiff : c’est un aldéhyde ; (C)(C) est acide : c’est un acide carboxylique. Seul un alcool primaire donne un aldéhyde puis un acide : (A1)(A_1) est le pentan-1-ol.

2.b Le squelette carboné est conservé :

(B): CH3−CH2−CH2−CH2−CHO\boxed{(B):\ \mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}CHO}}

C’est le pentanal.

(C): CH3−CH2−CH2−CH2−COOH\boxed{(C):\ \mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}COOH}}

C’est l’acide pentanoïque.

3.a La 2,4-DNPH révèle le groupe carbonyle, commun aux aldéhydes et aux cétones : le précipité jaune ne permet pas de choisir entre ces deux familles.

3.b Carbonylés sans être des aldéhydes : ce sont des cétones, issues des deux alcools secondaires. La pentan-2-one CH3−CO−CH2−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_3} provient du pentan-2-ol et la pentan-3-one CH3−CH2−CO−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CO{-}CH_2{-}CH_3} du pentan-3-ol.

4.a L’équivalence est atteinte lorsque les réactifs, acide et base, ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction de dosage : la quantité d’ions OH−\mathrm{OH^-} versée est égale à la quantité d’acide initialement présente dans le prélèvement.

4.b La réaction de dosage est totale, mole à mole :

C4H9−COOH+OH−→C4H9−COO−+H2O\mathrm{C_4H_{9}{-}COOH}+\mathrm{OH^-}\rightarrow\mathrm{C_4H_{9}{-}COO}^-+\mathrm{H_2O}

4.c Idée : à l’équivalence, n(acide)=n(OH−)n(\text{acide})=n(\mathrm{OH^-}) versés. C1V1=C2V2EC_1V_1=C_2V_{2E}, d’où :

C1=C2 V2EV1=5,0⋅10−2×16,010,0C_1=\dfrac{C_2\,V_{2E}}{V_1}=\dfrac{5{,}0\cdot10^{-2}\times16{,}0}{10{,}0}
C1=8,0⋅10−2 mol⋅L−1\boxed{C_1=8{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}}

La solution (S)(S) contient n(C)=C1V=8,0⋅10−2×0,100=8,0⋅10−3 moln(C)=C_1V=8{,}0\cdot10^{-2}\times0{,}100=8{,}0\cdot10^{-3}\ \mathrm{mol}. Avec M(C5H10O2)=102 g⋅mol−1M(\mathrm{C_5H_{10}O_2})=102\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} :

m(C)=8,0⋅10−3×102≈0,82 g\boxed{m(C)=8{,}0\cdot10^{-3}\times102\approx0{,}82\ \mathrm{g}}

4.d n0=m0M=0,8888=1,0⋅10−2 moln_0=\dfrac{m_0}{M}=\dfrac{0{,}88}{88}=1{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol}. Une mole d’alcool oxydé donne une mole d’acide, donc le pourcentage transformé vaut 8,0⋅10−31,0⋅10−2×100=80 %\dfrac{8{,}0\cdot10^{-3}}{1{,}0\cdot10^{-2}}\times100=\boxed{80\ \%}.

5. C’est une estérification (réaction lente et limitée) :

C4H9−COOH+CH3−OH⇌C4H9−COO−CH3+H2O\begin{aligned}&\mathrm{C_4H_{9}{-}COOH+CH_3{-}OH}\\ &\rightleftharpoons \mathrm{C_4H_{9}{-}COO{-}CH_3+H_2O}\end{aligned}

avec C4H9−\mathrm{C_4H_9{-}} le groupe butyle linéaire CH3−(CH2)3−\mathrm{CH_3{-}(CH_2)_3{-}} ; (E)(E) est le pentanoate de méthyle.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées : formule brute d’un alcool par sa masse molaire (contrôle 2018) ou d’un composé carbonylé par l’étiquette d’un flacon (contrôle 2021) ; formule brute du produit C4H8O\mathrm{C_4H_8O} donnée, alcool à retrouver, isomères de position et de chaîne (principale 2026) ; alcool tertiaire non oxydable et ester à reconnaître (principale 2024) ; dosage final de l’acide par la soude, C1C_1 à déterminer (contrôle 2023, principale 2026).

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill AL-F.1 — étiquette d’un flacon : masse molaire du composé carbonylé, puis l’alcool et son isomère
Entraînement 01 / 02

Drill AL-F.1 — étiquette d’un flacon : masse molaire du composé carbonylé, puis l’alcool et son isomère

3 questionsCorrigé masqué

L’étiquette d’un flacon contenant une solution aqueuse (S)(S) d’un composé organique (A)(A) à chaîne carbonée linéaire porte les indications : formule brute CnH2nO\mathrm{C_nH_{2n}O} ; concentration molaire C=0,50 mol⋅L−1C=0{,}50\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} ; fraction massique α=mAmS=0,036\alpha=\dfrac{m_A}{m_S}=0{,}036. Un volume VS=100 mLV_S=100\ \mathrm{mL} de (S)(S) a une masse mS=100,0 gm_S=100{,}0\ \mathrm{g}. On donne les masses molaires atomiques : M(C)=12 g⋅mol−1M(\mathrm{C})=12\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(H)=1 g⋅mol−1M(\mathrm{H})=1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(O)=16 g⋅mol−1M(\mathrm{O})=16\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.

  1. Masse molaire de (A)(A).
    1. Exprimer la concentration CC en fonction de la masse mAm_A de (A)(A) contenue dans VSV_S, de sa masse molaire MAM_A et de VSV_S.
    2. Montrer que MA=α mSC VSM_A=\dfrac{\alpha\,m_S}{C\,V_S} et calculer MAM_A.
    3. En déduire que la formule brute de (A)(A) est C4H8O\mathrm{C_4H_8O}.
  2. Un prélèvement de (S)(S) rosit le réactif de Schiff ; un autre donne un précipité jaune avec la 2,4-DNPH.
    1. Préciser la fonction chimique de (A)(A) et écrire sa formule semi-développée.
    2. (A)(A) est obtenu par oxydation ménagée d’un alcool (B)(B). Préciser la classe de (B)(B) et écrire sa formule semi-développée.
    3. Écrire la formule semi-développée du composé (D)(D) obtenu par oxydation ménagée de (B)(B) avec un excès d’oxydant, et préciser sa fonction chimique.
  3. Un alcool (B′)(B') est un isomère de position de (B)(B). Écrire sa formule semi-développée, préciser sa classe et donner la formule semi-développée et la fonction du composé obtenu par son oxydation ménagée.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a C=nAVS=mAMA VSC=\dfrac{n_A}{V_S}=\dfrac{m_A}{M_A\,V_S}.

1.b Comme mA=α mSm_A=\alpha\,m_S, C=α mSMA VSC=\dfrac{\alpha\,m_S}{M_A\,V_S} donc MA=α mSC VSM_A=\dfrac{\alpha\,m_S}{C\,V_S} :

MA=0,036×100,00,50×0,100=72 g⋅mol−1M_A=\dfrac{0{,}036\times100{,}0}{0{,}50\times0{,}100}=\boxed{72\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}}

1.c M=12n+2n+16=14n+16=72M=12n+2n+16=14n+16=72, donc n=4n=4 : C4H8O\boxed{\mathrm{C_4H_8O}}.

2.a Schiff positif (et DNPH positive) : (A)(A) est un aldéhyde. La chaîne étant linéaire, (A)(A) est le butanal CH3−CH2−CH2−CHO\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CHO}.

2.b Un aldéhyde provient d’un alcool primaire de même squelette : (B)(B) est le butan-1-ol CH3−CH2−CH2−CH2−OH\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}CH_2{-}OH}.

2.c Avec l’oxydant en excès, l’aldéhyde est oxydé à son tour : (D)(D) est l’acide butanoïque CH3−CH2−CH2−COOH\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}COOH}, fonction acide carboxylique.

3. Idée : isomère de position = même chaîne, groupe OH déplacé. (B′)(B') est le butan-2-ol CH3−CH(OH)−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CH(OH){-}CH_2{-}CH_3}, alcool secondaire ; son oxydation ménagée donne la butanone CH3−CO−CH2−CH3\mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_2{-}CH_3}, fonction cétone.

2 Drill AL-F.2 — dosage après une oxydation en défaut d’oxydant : seul l’acide est dosé
Entraînement 02 / 02

Drill AL-F.2 — dosage après une oxydation en défaut d’oxydant : seul l’acide est dosé

6 questionsCorrigé masqué

On réalise l’oxydation ménagée d’une masse m0=1,20 gm_0=1{,}20\ \mathrm{g} de propan-1-ol CH3−CH2−CH2−OH\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CH_2{-}OH} par une solution acidifiée de permanganate de potassium en défaut. On admet que tout l’alcool primaire a réagi. On sépare les produits organiques et on les dissout dans l’eau distillée : on obtient V=200 mLV=200\ \mathrm{mL} d’une solution (S)(S). Un prélèvement de (S)(S) rosit le réactif de Schiff. On dose VA=20,0 mLV_A=20{,}0\ \mathrm{mL} de (S)(S), additionnés de quelques gouttes d’un indicateur coloré approprié, par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration CB=0,10 mol⋅L−1C_B=0{,}10\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} ; l’équivalence est obtenue pour VBE=6,0 mLV_{BE}=6{,}0\ \mathrm{mL}. On donne : M(propan-1-ol)=60 g⋅mol−1M(\text{propan-1-ol})=60\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(propanal)=58 g⋅mol−1M(\text{propanal})=58\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} ; M(acide propanoı¨que)=74 g⋅mol−1M(\text{acide propanoïque})=74\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.

  1. Quel composé le test au réactif de Schiff met-il en évidence dans (S)(S) ? Écrire sa formule semi-développée.
  2. Quel composé de (S)(S) réagit avec les ions hydroxyde au cours du dosage ? Écrire l’équation de la réaction de dosage.
  3. Déterminer la concentration CAC_A de cet acide dans (S)(S), puis sa masse dans (S)(S).
  4. Calculer la quantité de matière initiale de propan-1-ol et le pourcentage de cet alcool transformé en acide.
  5. Calculer la masse de l’autre produit d’oxydation présent dans la solution.
  6. Quel volume VBEV_{BE} aurait-on mesuré si l’oxydant avait été en excès ?
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1. Le réactif de Schiff met en évidence un aldéhyde : le propanal CH3−CH2−CHO\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CHO}, formé parce que l’oxydant est en défaut.

2. Idée : seul l’acide carboxylique réagit avec la soude ; l’aldéhyde n’est pas dosé. C’est l’acide propanoïque qui est dosé :

C2H5−COOH+OH−→C2H5−COO−+H2O\mathrm{C_2H_5{-}COOH}+\mathrm{OH^-}\rightarrow\mathrm{C_2H_5{-}COO}^-+\mathrm{H_2O}

3. À l’équivalence, CAVA=CBVBEC_AV_A=C_BV_{BE} :

CA=0,10×6,020,0=3,0⋅10−2 mol⋅L−1C_A=\dfrac{0{,}10\times6{,}0}{20{,}0}=\boxed{3{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}}

Dans (S)(S) : n(acide)=CAV=3,0⋅10−2×0,200=6,0⋅10−3 moln(\text{acide})=C_AV=3{,}0\cdot10^{-2}\times0{,}200=6{,}0\cdot10^{-3}\ \mathrm{mol}, soit m=6,0⋅10−3×74≈0,44 gm=6{,}0\cdot10^{-3}\times74\approx\boxed{0{,}44\ \mathrm{g}}.

4. n0=1,2060=2,0⋅10−2 moln_0=\dfrac{1{,}20}{60}=2{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol}. Une mole d’alcool donne au plus une mole d’acide : le pourcentage transformé en acide vaut 6,0⋅10−32,0⋅10−2×100=30 %\dfrac{6{,}0\cdot10^{-3}}{2{,}0\cdot10^{-2}}\times100=\boxed{30\ \%}.

5. Tout l’alcool a réagi ; ce qui n’est pas devenu acide est resté à l’état de propanal : n=2,0⋅10−2−6,0⋅10−3=1,4⋅10−2 moln=2{,}0\cdot10^{-2}-6{,}0\cdot10^{-3}=1{,}4\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol}, soit m=1,4⋅10−2×58≈0,81 gm=1{,}4\cdot10^{-2}\times58\approx\boxed{0{,}81\ \mathrm{g}}.

6. Oxydant en excès : les 2,0⋅10−2 mol2{,}0\cdot10^{-2}\ \mathrm{mol} d’alcool donnent autant d’acide, soit CA=2,0⋅10−20,200=0,10 mol⋅L−1C_A=\dfrac{2{,}0\cdot10^{-2}}{0{,}200}=0{,}10\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} et VBE=CAVACB=20 mLV_{BE}=\dfrac{C_AV_A}{C_B}=\boxed{20\ \mathrm{mL}}.

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