Cours Chimie Term S

égal à 1 ?

corrigé commenté

1. Indication : attention, l’augmentation de la vitesse de réaction ne modifie pas les quantités de matières obtenues à l’état final. La température et le catalyseur sont les deux facteurs qui influencent la réaction. C’est l’acide sulfurique qui catalyse la réaction : il n’apparaît pas dans l’équation de la réaction. 2. Indication : calculer les quantités de matières à l’état initial. Macide salicylique = 138 g.mol–1 et Manhydride acétique = 134 g.mol–1 m acide salicylique nacide salicylique = = 5 = 3,6.10–2 mol M acide salicylique 138 L’acide salicylique est complètement consommé à la fin de l’expérience. État Initial En cours Final Équation acide salicylique + anhydride acétique → aspirine + acide Avancement (mol) Quantités de matière (mol) xi = 0 3,6.10–2 excès 0 0 x 3,6.10–2–x excès x x xmax = 3,6.10–2 0 excès xmax xmax

x = xmax lorsque tout le réactif limitant est consommé ⇒ xmax = 3,6.10–2 mol 4. Indication : le rendement η est le rapport entre la quantité de produit effectivement obtenue et la quantité maximale obtenue (réaction totale). Maspirine = 180 g.mol–1 ⇒ maspirine = naspirine.Maspirine = 3,6.10–2.180 = 6,48 g n m 5 , 05 = 77,9 % η= n e = m e = max max 6 , 48

235

CHAPITRE 11 CONTRÔLE DE L’ÉVOLUTION DES SYSTÈMES CHIMIQUES

2 Changement de réactif pour l’hydrolyse d’un ester

1. Réaction d’un ester avec les ions OH–

Un ester réagit avec un ion hydroxyde pour donner un ion carboxylate et un alcool : c’est une réaction d’hydrolyse basique appelée réaction de saponification. La réaction est : – rapide à température modérée et très rapide à chaud, – totale : on atteint l’avancement maximal. Équation de la réaction : → R–COO–(aq) + R’–OH R–COO–R’ + OH–(aq) ester ion hydroxyde ion carboxylate alcool

2. Saponification des corps gras : savons

●

Corps gras : triglycérides ou triesters du glycérol et d’acides gras

COO COO COO CH2 CH CH2

hydroxyde de sodium

R1 R2 R3

CH2 + 3(OH-aq + Na+aq ) CH CH2

OH

R1

COO COO COO

savon

Na Na Na

OH + R2 OH R3

triglycéride

●

glycérol

Propriétés des savons – Le savon est soluble dans l’eau, insoluble dans l’eau salée : la solution aqueuse est basique (9 ≤ pH ≤ 10). – L’anion carboxylate R–COO– : symbolisé par O Longue chaîne carbonée hydrophobe et lipophile C O– Groupe hydrophile Fonction détergente :

film interfacial queue hydrophobe tête hydrophile micelle

236

cours

savoir-faire

exercices

corrigés

exemple d’application

On chauffe à reflux, pendant 30 minutes, 30 g d’huile d’olive avec 24 mL de solution alcoolique de soude à 4,0 mol.L–1 (= réactif limitant). On verse le contenu encore chaud dans un bêcher contenant 200 mL d’eau salée froide de concentration massique 200 g.L–1. Il se forme alors des grumeaux que l’on recueille par filtration : ces grumeaux sont alors remis dans 200 mL d’eau salée froide puis lavés dans le filtre du büchner et séchés à l’étuve jusqu’à masse constante. 1. Quel rôle joue l’éthanol ? 2. Écrire l’équation de la réaction en considérant que l’huile d’olive contient essentiellement le triester de l’acide oléique de formule brute C18H34O2. Comment appelle-t-on cette réaction ? Quel est le nom usuel du produit obtenu ? Pourquoi verse-t-on la préparation dans de l’eau salée ? 3. Calculer la masse de produit qui devrait théoriquement se former. Sachant que l’on recueille 23,2 g de produit, calculer le rendement de l’opération.

corrigé commenté

COO COO

1. Indication : consulter la fiche savoir-faire. L’ajout d’éthanol est destiné à faciliter la dissolution de l’huile dans le milieu réactionnel. 2. Indication : la formation du triglycéride est expliquée dans la fiche savoir-faire. L’acide oléique peut s’écrire C17H33COOH. Le triglycéride formé réagit avec les ions hydroxyde selon la réaction : CH2 OH C17H33 COO CH2

C17H33 C17H33 CH + 3(OH-aq + Na+aq) CH2 CH CH2 OH + 3 C17H33 OH COO Na

C’est une réaction de saponification : Le produit formé est du savon insoluble dans l’eau salée, ce qui permet de le récupérer : c’est le relargage. 3. Indication : utiliser le tableau d’avancement de la réaction. Mtriglycéride = 884 g.mol–1 et Msavon = 304 g.mol–1 m triglycr ide ntriglycéride = = 30 = 3,4.10–2 mol M triglycr ide 884 nNaOH = CNaOH.VNaOH = 4,0 × 24.10–3 = 9,6.10–2

Équation État Initial En cours Final Avancement (mol) xi = 0 x xmax = 3,2.10–2 3,4.10–2 3,4.10–2 – x 2.10–3 triglycéride + 3(Na+ + OH–) → glycérol + 3 C17H33–COO–Na Quantités de matière (mol) 9,6.10–2 9,6.10–2 – 3x 0 0 x 3,2.10–2 0 3x 9,6.10–2

À l’état final, la quantité de matière de « savon » est égale à 9,6.10–2 mol, ce qui correspond à une masse m = 9,6.10–2 × 304 = 29,2 g n m 23, 2 η= n e = m e = = 79,5 % max max 29, 2

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CHAPITRE 11 CONTRÔLE DE L’ÉVOLUTION DES SYSTÈMES CHIMIQUES

3 Transformations mettant en jeu plusieurs réactions

L’exemple étudié est la réaction des ions hydroxyde avec l’acide acétylsalicylique. L’acide acétylsalicylique contient une fonction acide et une fonction ester. Les ions OH– peuvent réagir avec la fonction acide puis avec la fonction ester de la base conjuguée : COOCOOH + H2O réaction 1 + OH O C CH3 O C CH3 acido-basique O Acide A COOO C O CH3 + OHO Base conjuguée B COO+ CH3 OH COO- réaction 2 saponification

1. Tableau d’avancement du système

Équation (réaction 1) État du système Avancement (mol) Initial xi = 0 En cours x Équation (réaction 2) État du système Avancement (mol) Initial xi’ = 0 En cours x’ Final x’f OH– → B– + H2O Quantités de matière (mol) n1 n2 0 excès n1 – x n2 – x x excès B– + OH– → OH–C6H4–COO– + CH3COO– Quantités de matière (mol) x n2 – x 0 0 x – x’ n2 – x – x’ x’ x’ xf – x’f n2 – xf – xf’ x’f x’f A +

L’état final est difficile à déterminer (deux inconnues xf et x’f ).

2. Comment privilégier l’une des deux réactions ?

●

Négliger x’ par rapport à x : (titrage direct) À froid, OH– réactif limitant : la réaction 2 n’a pas lieu (trop lente) Faire en sorte que x = x’ : À chaud, OH– en excès : toute la base B est consommée.

●

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cours

savoir-faire

exercices

corrigés

exemple d’application

On souhaite titrer directement de l’aspirine par une solution diluée d’hydroxyde de sodium de concentration c = 5,00.10–2 mol.L–1. On dissout à froid 4 comprimés d’aspirine 500 dans un litre d’eau distillée et on utilise 50,0 mL de solution ainsi réalisée pour le titrage. 1. Pour que le dosage acido-basique soit possible, parmi les deux réactions possibles, quelle est la réaction à privilégier ? 2. On donne la courbe VNaOH → pH = f(VNaOH), quel est le volume d’hydroxyde versé à l’équivalence ? Correspond-il à la valeur théorique attendue ? La réaction de saponification a-t-elle perturbé le dosage ? Maspirine = 180 g.mol–1

corrigé commenté

12 10 8 pH 6 4 2 0 0 2

1. Indication : les deux réactions ont été décrites à la page précédente. C’est la réaction 1 qui est à privilégier. 2. Indication : le point d’équivalence est déterminé par la méthode des tangentes.

4

6

8

10

11,3 12

14

16

18

VNaOH (mL)