BACCALAURÉAT LIBANAIS - SG Corrigé

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1 Exercice 1 : Solution commerciale d acide chlorhydrique Le but de cet exercice est de vérifier l indication de l étiquette d une bouteille d acide chlorhydrique commercial et d identifier une base faible en déterminant le du couple correspondant. Donnée : - Cette étude est effectuée à Couple acide/base 9,9 10,3 10,7 1- Dilution de la solution commerciale Sur l étiquette d une bouteille d acide chlorhydrique commercial, on lit les indications suivantes : «Acide chlorhydrique, masse volumique : 1190 ; pourcentage en masse d acide pur : 37; masse molaire de chlorure d hydrogène.». On extrait de cette bouteille 4,1 d acide, que l on complète à 500 avec de l eau distillée. La solution obtenue est notée.

2 1.1- Déterminer le nombre de moles du soluté dans 4,1 de la solution commerciale. Nombre de moles du soluté : Application Numérique : Remarque : Un pourcentage en masse d acide pur de correspond à une solution contenant d acide pur dans de solution d acide chlorhydrique Déduire que la concentration de la solution est proche de 0,1 Concentration de la solution S : 2- Dosage de la solution Afin de vérifier cette concentration, on réalise le dosage de cet acide par une solution d une base faible de concentration Dans de cette solution, on verse la solution d acide chlorhydrique précédemment préparée. Le tableau ci-après indique les différentes valeurs de en fonction du volume (en ) d acide versé.

3 ,5 5 5,2 5,4 5,6 6 11,4 11,0 10,7 10,4 10,2 10,1 9,8 9,7 9,4 9,3 8,7 6,2 6,4 6,6 6,8 7 7, ,4 6,8 5,6 3,7 3,2 2,7 2,5 2,2 2,0 1,9 1, Tracer, sur un papier millimétré, la courbe ). Prendre les échelles suivantes : en abscisses 1 pour 1 et en ordonnées 1 pour 1 unité du Déterminer les coordonnées du point d équivalence. Coordonnées du point équivalence obtenu par la méthode des tangentes au point d inflexion :

4 2.3- Déterminer la concentration de la solution. La comparer à la valeur déterminée dans la partie 1.2. A l équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques : Valeur comparable à celle calculée dont la partie 3- Identification de la base 3.1- Déterminer graphiquement la valeur du p du couple. On se place à la demi-équivalence, soit à, on lit graphiquement. D après la formule d Henderson, on a : [ ] [ ] On note, la base et, l acide conjuguée. L équation de la réaction de dosage est : A la demi-équivalence [ ] [ ], donc

5 3.2- Vérifier, à partir de la concentration de la base et de son initial, la valeur du p du couple. À, on a une solution de base faible, qui peut réagir sur l eau de manière non quantitative On admet les hypothèses suivantes: { [ ] [ ] } D où : D où cohérente avec la question précédente. valeur Les deux hypothèses sont bien vérifiées :

6 3.3- Écrire une formule semi-développée possible de la base. Formules semi-développées pour la base : Amine Primaire Amine Secondaire Exercice 2 : L acide chlorhydrique et le zinc On verse, dans un ballon, un volume d une solution d acide chlorhydrique de concentration molaire. A la date, on introduit rapidement dans le ballon une masse de métal zinc (sans variation notable du volume ). Un gaz se dégage et la réaction chimique est représentée par l équation suivante : Donnée : - Les gaz, dans cet exercice, sont supposés parfaits et considérés dans les conditions : - Constante universelle des gaz parfaits. -..

7 1- Préparation de la solution Pour préparer la solution, on procède de la façon suivante : - On dissout un volume de 30 de chlorure d hydrogène gazeux dans l eau distillée de telle façon à avoir une solution de volume 1. - On dilue 25 fois la solution. On obtient la solution d acide chlorhydrique de concentration Décrire, en précisant la verrerie utilisée, le mode opératoire pour préparer 500 de la concentration. Préparation de la solution à partir de : Soit pour la solution et pour la solution Lors d une dilution, on a conservation de la matière, donc Soit avec d où On prélève de la solution avec une pipette jaugée de que l on introduit dans une fiole jaugée de. On complète la fiole avec de l eau distillée jusqu au trait de jauge avec pissette.

8 1.2- Montrer que le volume molaire gazeux, dans les conditions de l exercice, est On suppose que le chlorure d hydrogène vérifie l équation des gaz parfaits : d où : valeur conforme à celle attendue Déterminer la concentration de la solution La concentration de la solution s écrit: 1.4- Déduire que la concentration, de la solution, est égale à 0,05 La solution a été diluée fois donc : valeur conforme à celle attendue.

9 2- Étude cinétique On suit l évolution de la réaction, réalisée ci haut, en mesurant le volume du dihydrogène formé par déplacement d eau, dans une éprouvette graduée, en fonction du temps. On détermine, ensuite, la concentration des ions chaque volume mesuré. correspondante à 2.1- Établir la relation entre, volume du gaz à l instant exprimé en, et [ ], concentration des ions à l instant exprimée en Soit la réaction chimique suivante : A un instant D où : [ ] [ ]

10 2.2- Choisir, en justifiant, des deux courbes données : et, celle qui correspond à [ ] Recherche du réactif limitant sont limitant. donc les ions On en déduit que la concentration maximale en vaut : [ ] [ ] la courbe tend vers une valeur de [ ] supérieure à, donc seule la courbe est acceptable.

11 2.3- L observation du déplacement d eau dans l éprouvette montre qu il commence rapide puis s atténue pour cesser à la fin de la réaction. Interpréter cette observation. Le fait que le dégagement augmente puis cesse, montre que la vitesse augmente pour s annuler lorsqu il n y a plus de réactif limitant Le tableau suivant montre les deux mélanges réactionnels : et Mélange réactionnel Mélange : 100 de Température du mélange Temps de demi-réaction ,3 de poudre de Mélange : 100 de ,3 de lame de Définir le temps de demi-réaction. Le temps de demi-réaction est le temps nécessaire pour le réactif limitant soit consomme de moitié Justifier si l on pourrait comparer les temps : et. Si la température augmente, la vitesse de la réaction sera plus rapide donc le temps de demi-réaction sera plus faible à haute température, ainsi :

12 Exercice 3 : Synthèse d un ester On se propose de préparer un ester à partir de certains composés chimiques disponibles au laboratoire. Ces composés sont les suivants : un alcool, acide éthanoïque, acide sulfurique concentré et un agent déshydratant. Donnée : - Masse molaire de l alcool. - Masse volumique de l alcool,. 1- Identification de l alcool est un monoalcool saturé non cyclique Déterminer la formule moléculaire de. est un monoalcool saturé non cyclique, de formule brute ou

13 1.2- En milieu acide et en présence d un excès d oxydant, l alcool se transforme en un composé organique qui réagit avec la et qui ne réagit pas avec la liqueur de Fehling. Essayons d analyser la donnée : : Test positif à la DNPH fonction carbonyle (aldéhyde) : Test négatif à la liqueur de Fehling ce n est pas un aldéhyde le composé issu de l oxydation de est une cétone Noter ce qu on observe dans les deux tests réalisés ci haut. On observe la formation d un précipité jaune-orangé avec le test à la DNPH. On observe l absence de formation d un précipité brique car le test à la liqueur de Fehling est négatif La solution reste bleue limpide Préciser la classe de l alcool. L oxydation d un alcool secondaire donne une fonction cétone.

14 Écrire les formules semi-développées possibles de l alcool A Formules semi-développées de l alcool : Donner le nom de l alcool, sachant que sa chaîne carbonée est ramifiée. La chaine carbonée de est ramifiée donc est le :

15 2- Réactions d estérification Utiliser, dans l écriture des équations des réactions chimiques, les formules semi-développées des composés organiques. On prépare un ester à partir de l acide éthanoïque et l alcool Écrire l équation de la réaction entre et l acide éthanoïque. Equation de la réaction d estérification 2.2- Cette réaction est lente. Indiquer deux moyens pour augmenter sa vitesse. Pour augmenter la vitesse de la réaction, on peut chauffer ou ajouter un catalyseur comme l acide sulfurique ou l acide phosphorique

16 2.3- Le même ester peut être préparé d une façon différente en utilisant des composés donnés au début de cet exercice. Écrire les équations de deux réactions permettant d avoir cet ester. Les deux réactions s écrivent : - Synthèse de l anhydride éthanoïque avec le déshydratant : - Synthèse de l Ester : 3- Rendement d une réaction d estérification On chauffe un mélange de d acide éthanoïque et un volume de l alcool en présence de quelques gouttes d acide sulfurique concentré. Á la fin de l évolution du système réactionnel, on dose l acide restant et on trouve que sa quantité de matière est égale à La réaction dans ce mélange est modélisée par l équation suivante : où représente l acide éthanoïque.

17 3.1- Calculer, en moles, la quantité initiale de l alcool La quantité initiale de s écrit: 3.2- Déterminer le rendement de cette réaction. Equilibre A l équilibre, on trouve Le rendement de la réaction s écrit : La réaction a lieu mol à mol ; l alcool est le réactif limitant, il se forme donc : d où : Fin du corrigé