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Propriétés chimiques des composés du carbone : éthanol et acide éthanoïque

Les composés du carbone brûlent dans le dioxygène et donnent du CO₂, de l'eau, de la chaleur et de la lumière (combustion). Les oxydants forts transforment les alcools en acides (oxydation). Les composés insaturés fixent de l'hydrogène avec un catalyseur au nickel (addition). Les composés saturés échangent un hydrogène contre du chlore à la lumière du soleil (substitution). L'éthanol réagit avec le sodium en libérant du dihydrogène et se déshydrate en éthène. L'acide éthanoïque est un acide faible : il forme des esters avec les alcools et du CO₂ avec les carbonates.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Combustion. Une molécule de méthane rencontre deux molécules de dioxygène. Les liaisons se cassent, les atomes se réorganisent, et il sort du dioxyde de carbone, deux molécules d'eau, de la chaleur et de la lumière.
  2. Oxydation. Le permanganate de potassium alcalin donne de l'oxygène à l'éthanol. Le groupe –CH₂OH devient –COOH : l'éthanol se transforme en acide éthanoïque.
  3. Addition. L'éthène possède une double liaison C=C. Avec un catalyseur au nickel, une molécule de dihydrogène ouvre cette liaison et les deux atomes H s'y fixent. L'éthène devient de l'éthane.
  4. Substitution. Le méthane n'a aucune liaison libre : à la lumière du soleil, un atome de chlore prend la place d'un hydrogène. On obtient du chlorométhane et du HCl.
  5. L'éthanol rencontre le sodium. Le sodium remplace le H du groupe –OH, ce qui forme de l'éthanolate de sodium, et du dihydrogène se dégage en bulles. C'est un test des alcools.
  6. À toi de jouer. Choisis une réaction, y compris l'estérification (acide + alcool → ester à l'odeur sucrée), puis appuie sur Run pour voir les atomes se réorganiser.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

La combustion, est-ce la même chose que l'oxydation ?

La combustion est une oxydation rapide avec chaleur et lumière. L'oxydation de l'éthanol en acide est plus lente et contrôlée par un oxydant.

Pourquoi le méthane ne peut-il pas faire d'addition ?

Le méthane n'a que des liaisons simples ; il n'y a pas de double liaison à ouvrir. Il peut seulement échanger H contre Cl.

D'où vient l'oxygène en plus dans l'acide éthanoïque ?

De l'oxydant (KMnO₄ ou K₂Cr₂O₇), noté [O] dans les équations.

Le nickel est-il consommé pendant l'hydrogénation ?

Non. Un catalyseur ne fait qu'accélérer la réaction ; il reste inchangé à la fin.

Qu'est-ce qui se dégage en bulles quand on met du sodium dans l'éthanol ?

Du dihydrogène. Le sodium prend la place du H de –OH, donc H₂ est libéré et l'éthanolate de sodium reste.

Pourquoi l'estérification utilise-t-elle une flèche à double sens ?

La réaction est réversible : l'ester et l'eau peuvent réagir en sens inverse. Le catalyseur acide et la chaleur aident à la pousser vers l'ester.

Combustion

Le carbone et ses composés brûlent dans le dioxygène et donnent du dioxyde de carbone, de l'eau, de la chaleur et de la lumière : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + chaleur + lumière ; C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O + chaleur + lumière.

Le charbon et le pétrole contiennent de l'azote et du soufre. En brûlant, ils libèrent donc aussi des oxydes de soufre et d'azote, qui provoquent les pluies acides.

Oxydation

La combustion est une sorte d'oxydation, mais les alcools peuvent aussi être oxydés de façon contrôlée. Le permanganate de potassium alcalin (KMnO₄) et le dichromate de potassium acidifié (K₂Cr₂O₇) sont des oxydants : ils donnent de l'oxygène aux autres substances.

CH₃CH₂OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O (en chauffant avec KMnO₄ alcalin).

La couleur rose du permanganate disparaît pendant qu'il est consommé ; quand tout l'éthanol est oxydé, l'excès de KMnO₄ reste rose.

Réaction d'addition

Les composés insaturés fixent des atomes de part et d'autre de leur double ou triple liaison. Avec du dihydrogène et un catalyseur (nickel ou palladium), l'éthène devient de l'éthane : CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃–CH₃.

Un catalyseur change la vitesse d'une réaction sans être consommé.

Hydrogénation des huiles

Les huiles végétales ont de longues chaînes insaturées. En ajoutant de l'hydrogène avec un catalyseur au nickel, on les transforme en graisses saturées solides (margarine, vanaspati). Les huiles insaturées sont considérées comme meilleures pour la santé ; trop de graisses saturées est lié à des problèmes cardiaques.

Réaction de substitution

Les hydrocarbures saturés sont assez peu réactifs, mais à la lumière du soleil le chlore remplace leurs atomes d'hydrogène un par un : CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl. Avec plus de chlore, on peut obtenir CH₂Cl₂, CHCl₃ et CCl₄.

Addition ou substitution ? L'addition demande une double ou triple liaison et donne un seul produit ; la substitution échange un atome et donne deux produits.

Éthanol (alcool éthylique)

L'éthanol C₂H₅OH est un liquide incolore à température ambiante, il se mélange à l'eau en toutes proportions et c'est un bon solvant (teintures, sirops contre la toux). C'est le principe actif des boissons alcoolisées ; même en petite quantité il agit sur le corps et le cerveau, et le méthanol (parfois mélangé illégalement) peut rendre aveugle ou tuer. L'alcool industriel est dénaturé : on y ajoute du méthanol et un colorant bleu pour qu'on ne puisse pas le boire.

Réactions de l'éthanol

L'éthanol mélangé à l'essence sert de carburant plus propre (bioéthanol issu de la canne à sucre).

Acide éthanoïque (acide acétique)

L'acide éthanoïque CH₃COOH est un acide faible (il ne s'ionise que partiellement). L'acide éthanoïque pur gèle vers 290 K (17 °C) : par temps froid il ressemble à de la glace, c'est l'acide acétique glacial. Le vinaigre en est une solution à 5–8 % dans l'eau.

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Écris l'équation équilibrée de la combustion complète de l'éthane.

2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + chaleur + lumière. (On équilibre d'abord C : 4, puis H : 12 → 6H₂O, puis O : 8 + 6 = 14 atomes = 7O₂.)

2. Pourquoi un hydrocarbure saturé donne-t-il une flamme propre alors que le naphtalène donne une flamme fuligineuse ?

Le naphtalène est insaturé et riche en carbone. Il n'y a pas assez d'oxygène pour brûler tout le carbone : les particules de carbone non brûlées forment une flamme jaune et fuligineuse.

3. Laquelle est une réaction d'addition : éthène + H₂ ou méthane + Cl₂ ? Pourquoi ?

Éthène + H₂ est une addition : deux atomes H se fixent de part et d'autre de C=C et il se forme un seul produit (l'éthane). Méthane + Cl₂ est une substitution : Cl remplace H et il se forme deux produits (CH₃Cl + HCl).

4. Un composé X, C₂H₆O, réagit avec le sodium en libérant un gaz qui brûle avec une petite détonation. Oxydé par KMnO₄ alcalin, il donne Y, C₂H₄O₂. Identifie X, Y et le gaz.

X est l'éthanol (C₂H₅OH), le gaz est le dihydrogène (test de la détonation) et Y est l'acide éthanoïque (CH₃COOH).

5. Comment distinguer l'éthanol de l'acide éthanoïque avec du bicarbonate de soude ?

On ajoute NaHCO₃. L'acide éthanoïque fait effervescence et libère du CO₂ (qui trouble l'eau de chaux) ; l'éthanol ne produit aucune effervescence.

6. On chauffe doucement Y (C₂H₄O₂) avec X (C₂H₆O) et quelques gouttes de H₂SO₄ conc. On sent une odeur sucrée. Nomme la réaction et le produit, puis montre comment le produit peut redonner X.

Estérification : CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O ; le produit est l'éthanoate d'éthyle. En le chauffant avec NaOH (saponification), on obtient de l'éthanol + de l'éthanoate de sodium.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. L'hydrogénation des huiles végétales utilise quel catalyseur ?
2. CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl à la lumière du soleil est une :
3. Éthanol + sodium donne :
4. Le KMnO₄ alcalin transforme l'éthanol en :
5. La réaction entre un acide et un alcool qui donne une odeur sucrée s'appelle :

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre une réaction d'addition et une réaction de substitution ?

L'addition a lieu dans les composés insaturés : des atomes se fixent de part et d'autre de la double ou triple liaison, ce qui donne un seul produit. La substitution a lieu dans les composés saturés : un atome en remplace un autre, ce qui donne deux produits.

Qu'est-ce que l'estérification ?

C'est la réaction d'un acide carboxylique avec un alcool en présence d'un catalyseur acide, qui donne un ester à l'odeur sucrée et de l'eau.

Pourquoi l'acide éthanoïque est-il appelé acide acétique glacial ?

L'acide éthanoïque pur gèle vers 17 °C : dans les endroits froids, il ressemble à de la glace (un glacier).

Où c'est enseigné

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIHydrocarbon derivatives
Ukraine9 класOrganic substances
CBSE (India)Class 10Chemical Substances – Nature and Behaviour
England (GCSE, A level)Year 114.7 Organic chemistry
China高一Ch.7 Organic compounds

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