Oxydation ménagée des alcools

Transcription

1 Oxydation ménagée des alcools Niveau : Durée Prérequis : Objectifs : matériels : Produits : Formule de l éthanol et classification des alcools demi équation électronique potentiel d oxydoréduction d un couple oxydant réducteur Connaissance de la transformation de l alcool primaire en aldéhyde et en acide carboxylique par l oxydation contrôlée. savoir faire des expériences d oxydation contrôlée 1 bécher ou un ballon ( le ballon est meilleur que le bécher parce que les vapeurs d éthanol se concentrent dans son col étroit) 1 bécher ou un tube à essai 1 lampe à alcool ou un bec bunsen 1 canne de verre ou agitateur 1 support trépied solution d éthano (alcool à 95 et alcool courant) quelques gouttes d acide sulfurique concentré papier de tournesol bleu solution de permanganate de potassium fil de cuivre Mots clés : Déroulement: Classe d un alcool, oxydation ménagée, oxydation complète, aldéhyde, acide carboxylique Activités du professeur Activités des élèves première partie : Le professeur fait le montage de l expérience «lampe sans flamme» agitateur papier de tournesol Les élèves regardent le montage fait par le professeur et représentent le montage sur leur cahier. papier imbibé de réactif de Schiff fil de cuivre incandescence éthanol danger! la lampe à alcool peut être remplacée par une brique chauffée

2 Le professeur donne les marches à suivre pour l expérience : Chauffons doucement à la lampe à alcool une petite quantité d éthanol à 95 contenue dans un bécher. chauffons un fil de cuivre à incandescence à la flamme de la lampe à alcool et plaçons danger! le professeur doit être très attentif au travail des élèves et limiter le nombre de groupes éventuels Les groupes d élèves font éventuellement le montage comme le professeur. Attention aux risques d inflammation : si l éthanol du bécher s enflamme, il faut couvrir le bécher. Si un élève se brule en renversant le bécher, il faut le couvrir d un coton pour étouffer les flammes. Le professeur demande aux élèves de chaque groupe d observer sa propre expérience et pose les questions : Quand on chauffe l éthanol, qu estce que vous observez? Après que vous avez placé le fil de cuivre incandescent dans le bécher, qu estce que vous observez? Quelle odeur sentezvous distinguez les odeurs entre le début et la fin de l expérience. Le professeur explique que l odeur de pomme caractérise la présence d un aldéhyde (éthanal) de formule CH 3 CHO les vapeurs d alcool le fil reste incandescent l odeur fruitée de pomme au début l odeur d alcool et après l odeur de pomme Quelques minutes après le commencement de l expérience (après l odeur de pomme), vous sentez une odeur de vinaigre et en même temps que devient le tournesol bleu il rougit Le professeur explique que le virage au rouge du papier de tournesol est la preuve de la présence d un acide et l odeur de vinaigre montre que c est l acide acétique ou acide éthanoïque : CH 3 COOH Le professeur demande à un élève d écrire la formule de l éthanol au tableau Comparez les nombres d atomes de chaque élément constituant les formules de l éthanol CH 3 CH 2 OH et de l éthanal CH 3 CHO La chaîne carbonée estelle modifiée? la formule de l éthanol : CH 3 CH 2 OH même nombre d atomes de carbone (2 atomes), même nombre d atomes d oxygène (1 atome) mais l éthanal possède 2 atomes d hydrogène de moins que l éthanol

3 Le deux atomes d hydrogène qui se détachent de la molécule d éthanol se combinent avec l oxygène de l air en donnant une molécule d eau : H 2 +½O 2 H 2 O Le professeur demande à chaque groupe d observer le fil de cuivre avant et après la réaction. Dans ce cas, estce que le cuivre intervient dans la réaction? Comment l appelleton? Le professeur demande à un élève d écrire l équation bilan (1) et (2) Remarque : s il n y a pas la présence de l oxygène de l air dans le ballon ou le bécher, seulement la réaction (1) se manifeste et l on n obtient pas d acide éthanoïque. Le professeur demande aux élèves de comparer le nombre d atomes de chaque élément constituant dans la formule de l éthanal CH 3 CHO et de l acide éthnanoïque CH 3 COOH. d où vient cet atome d oxygène? Le professeur demande à un élève d écrire l équation de la transformation de l aldéhyde en acide en présence de l air le cuivre ne change pas de couleur. Non, il n intervient pas un catalyseur CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO + H 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O Cu CH 3 CH 2 OH + ½ O 2 CH 3 CHO + H 2 O même nombre d atomes de carbone, même nombre d atomes d hydrogène mais l acide éthanoïque possède un atome d oxygène de plus. CH 3 CHO + ½ O 2 CH 3 COOH Complétez le pourcentage massique de l oxygène dans le tableau suivant : composé Formule Mg.mol1 % massique en O éthanol éthanal acide éthanoï Les élèves complètent le tableau composé Formule Mg.mol1 % massique en O éthanol CH 3 CH 2 OH 46 34,8 éthanal CH 3 CHO 44 36,4 acide éthanoï CH 3 COOH 60 53,3

4 Que constatez vous pour les pourcentages massiques de l oxygène? Le professeur explique : A cause de l augmentation du pourcentage en masse de l oxygène dans l éthanal et dans l acide éthanoïque dans ces réactions, on appelle ces dernières des oxydations. Le professeur rappelle que la chaîne carbonée n a pas été modifiée (ni détruite) : l oxydation est dite «ménagée». L oxydation ménagée ou contrôlée diffère de l oxydation complète (qui donne naissance de CO 2 et H 2 O et où la chaîne carbonée est détruite) Le professeur demande à chaque groupe de nettoyer et de ranger le matériel Les pourcentages massiques de l oxygène augmentent de l éthanol à l acide éthanoïque les élèves nettoient et rangent le matériel

5 EXERCICES Les élèves peuvent chercher par groupe et ensuite un élève va faire le corrigé au tableau 1 Le propanol 1 : CH 3 CH 2 CH 2 OH est oxydé par l oxygène de l air en aldéhyde oxydé lui même en acide. Ecrire les équations bilan des oxydations 2 1 On oxyde de façon ménagée un mélange d éthanol et d éthanal par l air en présence de cuivre. Ecrire les équations bilans des réactions 2 Après l oxydation totale, on ajoute de l eau pour obtenir 100 cm 3 de solution. On prélève 10 cm 3 de cette solution et on dose^par une solution d hydroxyde de sodium de concentration c = 2 mol.l 1. Il faut verser 7,5 cm 3 pour obtenir l équivalence. a Déterminez le nombre de moles d acide éthanoïque obtenu dans la réaction d oxydation b Calculez la composition initiale en masse sachant que la masse du mélange était de 6,7 g Réponses : 1 L oxydation de CH 3 CH 2 CH 2 OH : CH 3 CH 2 CH 2 OH + ½ O 2 CH 3 CH 2 CHO + H 2 O L oxydation de CH 3 CH 2 CHO : CH 3 CH 2 CHO + ½ O 2 CH 3 CH 2 COOH Equation bilan : CH 3 CH 2 CH 2 OH + ½ O 2 CH 3 CH 2 CHO + H 2 O CH 3 CH 2 CHO + ½ O 2 CH 3 CH 2 COOH CH 3 CH 2 CH 2 OH + O 2 CH 3 CH 2 COOH + H 2 O 2 2) a ) : 0,15 moles d acide éthanoïque b) 2,3 g d éthanol et 4,4 g d éthanal

6 Activités du professeur Le professeur groupe les élèves et distribue le matériel à chaque groupe : 1 tube à essai 1 pince 1 lampe à alcool Le professeur montre aux élèves deux béchers : l un contenant de l éthanol incolore et l autre de la solution de permanganate de potassium violet acidifié par l acide sulfurique concentré. Ensuite il explique la marche de l expérience: versez environ 2 ml d éthanol dans le tube à essai et ajoutez le même volume de la solution de permanganate de potassium acidifiée. Chauffez doucement le tube à essai Comment est la couleur dans le tube à essai après le chauffage? solution de permanganate de potassium acidifié (violet) Activités des élèves éthanol (incolore) la solution dans le tube à essai est incolore solution violette solution incolore avant le chauffage chauffage après le chauffage Le professeur explique : 1 La couleur violette est due à lion MnO 4 2 La décoloration est due à la présence de l ion Mn 2+ 3 MnO 4 _ est un oxydant, pourquoi? La demi équation s écrit : MnO 4 + 8HO + + 5e Mn H 2 O L éthanol est oxydé en éthanal selon la demi équation : Ecrivez l équation bilan au tableau : plusieurs réponses possibles : à partir du nombre d oxydation en regardant la classification des couples rédox ( MnO 4 + 8H 3 O + + 5e Mn H 2 O ) 2 ( CH 3 CH 2 OH + 2H 2 O CH 3 CHO + 2H 3 O + + 2e ) 5

7 Donnez la valeur du potentiel d oxydo réduction du couple MnO 4 /Mn 2+ en lisant le tableau. On en conclue que MnO 4 est un oxydant fort. Comme MnO 4 est un oxydant fort, la réaction peut continuer jusqu à l obtention d acide éthanoïque. Si l ion MnO 4 est en excès, on obtient uniquement de l acide éthanoïque. Ecrivez la demi équation d oxydation de l éthanal en acide Le professeur explique que l oxydation de l éthanol en éthanal et ensuite en acide éthanoïque par l ion en milieu acide est une oxydation ménagée E 2 + = 0 MnO 4 / Mn 1,51 V Un élève écrit la demi équation au tableau CH 3 CHO + 3H 2 O CH 3 COOH Un élève écrit l équation bilan au tableau et le autres regardent et copient dans leur cahier ( MnO 4 + 8H 3 O + + 5e Mn H 2 O ) 2 (CH 3 CHO + 3H 2 O CH 3 COOH+ 2H 3 O + + 2e ) 2 Remarque : Le professeur peut ne faire qu une des deux expériences (lampe sans flamme ou oxydation par le permanganate de potassium) selon les possibilités Le professeur demande à chaque groupe de nettoyer et de ranger le matériel les élèves nettoient et rangent le matériel

8 1 EXERCICE Ecrire l équation de la réaction d oxydation de l éthanol en acide éthanoïque en passant par l éthanal par les ions permanganate en milieu acide (équation bilan) et tirez la conclusion. 2 Ecrivez l équation bilan d oxydation ménagée de l éthanol en acide éthanoïque par l ion pemanganate en milieu acide. 3 Ecrivez l équation de la réaction d oxydation du propanol 1 CH 3 CH 2 CH 2 OH par les ions pemanganate en milieu acide 1 REPONSES 5 CH 3 CH 2 OH + 2 MnO H 3 O + 5CH 3 CHO + 2Mn H 2 O 5 CH 3 CHO + 2 MnO H 3 O + 5CH 3 COOH + 2Mn H 2 O 5 CH 3 CH 2 OH + 4 MnO H 3 O + 5 CH 3 COOH + 4 Mn H 2 O Cette équation montre que l éthanol est oxydé jusqu à l acide éthanoïque par l ion permanganate en milieu acide, qui est un oxydant fort. 2 Les deux demiéquations s écrivent : ( MnO 4 + 8H 3 O e Mn H 2 O ) 4 ( CH 3 CH 2 OH + 5H 2 O CH 3 COOH + 4 H 3 O e ) 5 5 CH 3 CH 2 OH + 4 MnO H 3 O + 5 CH 3 COOH + 4 Mn H 2 O