Chimie La chimie durable

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Activité
Chimie
La chimie durable - Correction
Chap.17
I. Les principes de la chimie verte
 Un procédé sera d’autant plus efficace que :
%UA est proche de 100%
 %UA est proche de 50%
 %UA est proche de 0%
 %UA n’influe pas sur l’efficacité
II. Etude d’une réaction
1. Le bioéthanol, biocarburant peut être obtenu à partir de la biomasse
 La biomasse désigne l'ensemble des matières organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou
fongique pouvant devenir source d'énergie par combustion
2. Etude de la réaction entre le dichromate de sodium et l’éthanol. (Réaction 1)
23+
23+
2.1. Couple Cr2O7 (aq)/Cr (aq) : Cr2O7 (aq) + 14 H+ (aq) + 6 e– = 2 Cr (aq) + 7 H2O
+
Couple CH3-COOH/CH3-CH2OH : CH3-COOH + 4 H (aq) + 4 e– = CH3-CH2OH + H2O
masse obtenue
2.2. r =
.
masse théorique
2.3. Calcul de la masse théorique.
La réaction a lieu dans les proportions stœchiométriques soit la réaction (1’)
n1 n2 n3
n n n n
= = . La quantité obtenue n4 de CH3-COOH est telle que : 1 = 2 = 3 = 4
3 2 8
3 2 8 3
soit n1 = n4 (mêmes proportions)
m 1,4 103
n1 = 1 =
= 30 mol = n4 d’où m4 = n4 M4 = 30 60 = 1800 g = 1,8 kg
M1
46
1,0
2.4. Le rendement sachant que l’on forme en réalité m = 1,0 kg d’acide éthanoïque est r =
100 = 56 %
1,8
2.5.
Produit(s) désiré(s)
CH3-COOH
Déchets
KCr(SO4)2 ; H2O
Réactifs
CH3-CH2-OH ; K2Cr2O7 ; H2SO4
2.6. La masse des produits obtenus est égale à la masse des réactifs utilisés
1,8
% UA1 =
= 0,12 = 12 %
(1,4 + 6,0 + 7,85)
2.7. Les valeurs du rendement r et de l’utilisation UA1 sont faibles.
3. Etude de la réaction entre le dioxygène et l’éthanol en présence de levures.(Réaction 2)
3.1. CH3-COOH est l’acide éthanoïque ou plus communément appelé acide acétique.
+
–
3.2. Couple O2 (aq)/H2O(l) : O2 (aq) + 4 H (aq) + 4 e = 2 H2O
+
Couple CH3-COOH/CH3-CH2OH : CH3-COOH + 4 H (aq) + 4 e– = CH3-CH2OH + H2O
3.3. L’enzyme joue le rôle de catalyseur.
3.4.
Produit(s) désiré(s)
CH3-COOH(aq)
Déchets
H2O(l)
Réactifs
CH3-CH2OH(aq) ; O2 (aq)
3.5. Dans le cas d’un mélange stœchiométrique et d’une réaction mole à mole, les masses sont proportionnelles
60
aux masses molaires d’où % UA2 =
= 0,77 = 77 %
(46 + 32)
4. Comparaison des pourcentages d’utilisation atomique
4.1. UA1 < UA2 : il est préférable d’utiliser le 2nd procédé au 1er.
4.2. Le procédé le plus « vert » est le second : principes 2, 6 et 9
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III.
Pour aller plus loin : le facteur E comme « Effluent » ou « Déchet »
masse des déchets
(masse des produits obtenus - masse du produit désiré)
=
=
masse du produit désiré
masse du produit désiré
masse du produit désiré
masse des produits obtenus (1 )
masse des produits obtenus 1 – UA
=
masse du produit désiré
UA
masse des produits obtenus
masse des produits obtenus
1 – UA1 1 -0,12
1 – UA2 1 -0,77
E1 =
=
= 7,3 ; E2 =
=
= 0,30
UA1
0,12
UA2
0,77
E1 > E2
Le procédé d’obtention d’acide éthanoïque qui présente le moins de déchets est le 2nd car le facteur E est le plus
faible.
Deux autres principes de la chimie verte respectés par la réaction 2 et non par la réaction 1. Principes 4-9-10
Les dérivés du chrome ne sont pas bons pour la nature et pour l’homme (le dichromate de potassium est
cancérigène). Dans le 2nd procédé, l’eau peut être récupéré et recyclé.
Le facteur E de la réaction 1 est de 7,3 Il y a donc 7,3 fois plus de déchet, en masse, que de produit désiré. Un
procédé sera donc d’autant plus efficace, que son facteur E sera proche de 0.
1) E =
2)
3)
4)
5)
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